第 6 期董森：氨分解催化剂的研究现状及发展方向，你了解多少？

第 6 期董森：氨分解催化剂的研究现状及发展方向，你了解多少？

第 6 期

董森：氨分解催化剂的研究现状及发展方向

氨分解催化剂研究现状及发展方向

董

森

（河北省唐山市

）

提炼

摘要：氨分解催化剂在低温氨分解制氢及环境保护等领域有着广泛的应用，本文介绍了国内外氨分解催化剂的研究现状。

详细评述了活性组分、载体及添加剂对催化剂活性的影响，并对氨分解催化剂的发展方向进行了展望。

关键词：氨分解；催化剂；活性

中图分类号：TQ116.2

文档识别码：A

文章编号：1003-3467(2009)05-0013-03

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随着社会的发展，能源和环境问题日益成为

氢。

这是世界各国都关心的问题之一，然而传统能源既不能满足

同时氨分解反应还可应用于环保脱氨。

为了满足当今人们的巨大需求，二氧化碳的排放也会对环境产生影响。

例如用于处理焦炉煤气、燃料气、炼油厂废气和

环境已经受到污染，人们不得不把目光转向新能源。

尾气中残氨NO还原处理，保护环境

氢能的开发具有无污染、可重复利用、燃烧值高等特点。

污染。

这些产品的优势引起了科研人员的广泛关注。此外，电子玻璃和冶金

因此氨分解催化剂已成为工业上广泛应用的一类催化剂。

发电、热处理等行业也需要大量氢气作为还原气和保护气。

催化剂的研究与开发具有重要的意义。

目前工业制氢主要采用矿物燃料、电解水

综述了近年来氨分解催化剂的研究现状及发展方向。

和氨分解

电解水产生氢气需要消耗大量的电力。

电力成本约占水电解制氢总成本的80%左右。

它不具备通常意义上的竞争力，只适用于需要纯

化石燃料生产氢气的生产过程是

二氧化碳(

=1, 2)，极易引发催化

该药剂有毒，清除十分困难，造成生产成本

氨的分解也会造成环境污染。

本发明制氢方法氢气纯度高、占地面积小、操作简单、投资少，

其成本低、无副产物等优点受到广泛关注。

尤其当需要氢氮混合气体或氢氮不需要分离时，

更为优越，如需纯氢，可配备变压吸附装置或

金属氢化物装置可分离氢气和氮气，生产高纯度

氨分解催化剂研究现状

氨的分解是吸热反应，尽管其

平衡转化率可高达99.70%，但由于其活化能较高

高，所以分解反应的温度一般都很高。

目前国际上普遍使用的氨分解催化剂催化活性较低。

这会导致更高的工作温度和大量的能量需求。

设备腐蚀问题严重，因此，开发新型低温

高效的氨分解催化剂已成为重要的研究方向。

1.1

催化剂活性组分

文献中介绍的氨分解催化剂的种类很少。

活性组分主要为Ni、Ru、Pt、Fe、Co、Mo等单质组分。

收讫日期: 2009-03-27

，

作者简介：董

森(1981-)，男，助理工程师，主要从事煤化工研究，电话：*********71。

河南化工

是

2009 年

第 26 卷

金属或多组分金属混合物。

徐柏青

等人研究了负载碳纳米管 (CNT)

Ru、Rh、Pt、Pd、Ni、Fe等催化剂的氨分解活性

当温度为400℃，空气速度为/(h·gcat)时，

催化剂的活性顺序为：Ru>Rh>Ni>Pt>Pd>

Fe,其中Ru催化剂的氨分解率为17.1%,Ni催化剂的氨分解率为

氧化剂的氨分解率为1.5%，他们还推测氮

催化剂上的解吸是氨分解的速率决定步骤。

以600℃时氨分解转化率为标准

对球形A10载体上负载的13种金属催化剂进行了比较。

氨分解反应的活性为

Ru>Rh>Ni>Co>Ir>Pt>Cr>Pd>Fe>Cu>>Te

—Se

Pb。还指出氨在 Fe、Co 和 Ni 催化剂上的分解

反应的速率控制步骤是氮从催化剂上的解吸。

氨分解反应在催化剂上的速率控制步骤是

N—H键在催化剂表面断裂的难易程度。

由此可以看出，在氨催化分解体系中Ru的活性最强。

良好的活性组分，Ni 也有良好的活性，Ru

与贵金属相比，有更好的发展前景。

还有由多种金属制成的金属混合物催化剂，用于

催化氨分解反应，如La-Ni-Pt、Fe-Al-K、

Fe-Mo、La-Co(-et)等均表现出较高的氨

分解活性。

等人研究了 Ni-Pt/A120 3

低空速690℃下的催化活性和动力学

氨分解转化率为96％。

杨伟俊

等人研究了使用活性炭作为载体、Fe-Mo、

以Fe-Co和Fe-K为活性组分的催化剂的活性研究结果

结果表明，Fe-Mo/C具有最好的催化活性。

mL／(h--．g cat)，氨在650 oC时完全分解。

XRD分析结果表明,FeMo晶相的形成是影响催化剂活性的主要因素。

性能力的重要因素。

金属氮化物也用于氨分解反应，例如

Mo:N、CoMoN和NiN，研究表明这些催化剂

在氢体系中的作用机理与贵金属类似。魏兆斌

等待

研究了以A1:0和MgO为载体的Ni和Mo氮化物的催化性能。

考察了催化剂对氨分解的活性，发现预氮化催化剂具有良好的活性

性能得到较大提高，当空速为1 800 ra il (h·g eat)时，

700cc时氨分解转化率达99.9%以上。罗雄军

等人研究了Mg(A1)0、MgO和A1:0对

发现 Co、Mo 和 N 催化剂对氨分解的活性为

表现出较高的活性，活性顺序为：Co Mo、N/Mg

（A1）0>／MgO>／A1203.

1.2

载体对催化剂的影响

载体是催化剂的重要组成部分。

骨架可以分散活性组分，增加催化剂的强度。

它可以提供活性中心，辅助催化，并转移电子。

它还可以与活性成分相互作用，产生新的活性

性成分。

．

SF Yin¨ 等人使用 CNT、ZiO2、Al 203 和活性炭作为

采用浸渍法制备了系列Ru基催化剂。

考察了载体对催化剂活性的影响。

在350~550 ℃温度范围内,催化剂的催化活性

为：Ru／CNTs > Ru／MgO > Ru／TiO2 > Ru／A1 20 3 >

Ru/ZrO2 > Ru/活性炭，指出载体CNTs提高了

活性组分Ru的分散性；此外，CNTs的导电性能

它可以使电子更顺利地从添加剂转移到活性成分。

杨伟俊

等人研究了活性炭负载的催化剂。

活性，研究表明以活性炭为载体的催化剂具有良好的

通过载体的石墨化可以提高活性炭的催化活性。

这有利于电子从添加剂或载体转移到活性成分上，从而

它加速了N：在催化剂表面的解吸，这是氨分解反应的关键。

速率控制步骤。

张钦晖

等人研究了 Ni 负载 MgO、^y-Al20、

Si-Al和Si-Al陶瓷三种催化剂的氨分解活性。

结果表明，催化剂活性顺序为Ni/MgO>Ni/A120。>

Ni/Si-Al陶瓷，对于Ni/MgO催化剂，空速为5000

mL／(h·g eat)，氨在650℃时完全分解。

XRD分析结果表明,三种催化剂的表面相为

固溶体、尖晶石和游离 NiO，表明

NiO与不同载体之间的相互作用对催化剂的活性有很大影响。

大的。

王晓光等以无水乙醇为溶剂，采用浸泡法

Ni/A1 20 3、Ni/La —A1 20 3、Ni/MgO 和 Ni/

使用TiO催化剂并评估其反应活性。

催化剂的活性顺序为：Ni/La-A1 20 3 > Ni/A120 3

> Ni／TiO2 > Ni／MgO。根据Weisz公式计算

研究发现，载体对Ni基氨分解催化剂的活化能有显著的影响。

当 Ni 含量为 3% 时,Ni/

A1 20 3、Ni/La-A1 20 3、Ni/MgO 和 Ni/TiO2 催化剂

反应活化能分别为108、119、102和120kJ/tool。

这说明反应的活化能并不决定催化剂的活性。

是唯一因素，还应考虑其他因素，例如载体的碱度，

与活性成分相互作用强度的影响等。

1.3

添加剂对催化剂的影响

添加剂对催化剂的活性有很大影响。

等人利用碱金属改性Ru/CNTs催化剂。

研究了各种添加剂对催化剂活性的影响。

催化剂活性顺序为：K — Ru > Na — Ru > Li — Ru >

第 6 期

董森：氨分解催化剂的研究现状及发展方向

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Ru，可以看出碱金属的电负性越小，催化性能越好

好。并指出碱金属在氨的催化分解过程中起着电子助手的作用。

电子从碱金属转移到催化剂表面，促进催化

吸附在催化剂表面的N原子的复合加速了氨催化剂

化学分解反应速率。陆勇等人研究了

活性炭、铝硅酸盐等负载稀土氧化物的改性。

Ni基催化剂，并发现CeO：改性Ni/A1 O3催化

该催化剂可以达到与Ru催化剂几乎相当的活性，空速为

30 000 mE/(h·g cat)，催化剂粒度为60-100目，

在650℃时氨分解转化率达到97.5%，表明ce

作为电子助剂也有良好的效果。

也有从结构改性的角度研究添加剂对催化剂活性的影响。

受湿浸渍法的影响，韩雪等人制备了Ni-Ir双金属

结果表明，Ir的加入提高了Ni基催化剂的性能。

该催化剂的低温活性在400℃时为43.55%。

单组分M催化剂活性提高了40.0%，推测Ir与活性基团

镍和铱成分之间存在协同效应。铱的加入促进了活性成分

降低了镍的分散度，减小了镍的颗粒尺寸，提高了催化剂的活性。

位点数量增加，从而提高催化剂的氨分解性能。

回族

等人利用La:0改性Ni基催化剂并测试

结果表明，改性后催化剂的氨分解活性有较大提高。

还指出加入添加剂La后，催化剂形成致密的

La-O-Ni单元，从而提高了催化剂的热稳定性。

结论

综上所述,Ru基和Ni基催化剂在氨分解反应中均有良好的性能。

与其他金属相比，它的反应性较好，特别是储量比较大。

镍矿储量丰富，市场价格较低，具有较好的市场前景。

在氨分解反应中，N从催化剂表面的脱附是反应的关键。

速率决定步骤是选择合适的载体和辅因子。

剂能有效提高催化剂的反应活性，其中碱度大，

无论是高电导率的载体还是强给电子能力的碱金属添加剂，

不错的选择，催化剂的热稳定性和分散性也

这些研究成果为未来氨分解催化剂的开发提供了基础。

该催化剂的研究为进一步降低氨分解催化剂的含量提供了有益的启发

催化剂的操作温度仍然是新型催化剂开发的主要目标。

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