一种氨分解制氢催化剂的制备方法及其应用特点

一种氨分解制氢催化剂的制备方法及其应用特点

本发明专利技术公开了一种氨分解制氢催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括85％～95％的氧化铁和5％～15％的助剂，其中氧化铁为氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁中的一种或两种，助剂包括氧化铝、氧化钾、氧化钙，助剂还可以包括其他金属氧化物。本发明的氨分解制氢催化剂采用熔融法制备，本发明的氨分解制氢催化剂应用于氨分解制氢领域。与现有技术相比，本发明的氨分解制氢催化剂具有活性温度低、氨转化率高、生产工艺简单、稳定性好、制造成本低、适合工业化应用的特点。

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所述氧化物为85%-95%的氧化铁和5%-15%的氧化物，其中氧化铁为氧化物、氧化物和氧化物中的一种或两种。氧化物也可以是其它金属。

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【技术实现步骤总结】

氨分解制氢催化剂及其制备方法和应用

这项专利技术涉及催化

，具体涉及一种氨分解制氢催化剂及其制备方法和应用。

技术简介

氢能被誉为具有巨大应用前景的清洁能源，氢燃料电池是最有前途的新一代能源供应系统。它高效地将化学能转化为电能，广泛应用于航空航天、汽车等固定和移动能源供应系统。作为氢能利用方式之一，氢燃料电池因其高能量密度和高能量转换效率而备受关注。质子交换膜燃料电池以氢气为燃料源，无污染、无噪音，能量转换效率可达40%~60%。但目前的氢气生产和储存技术无法满足需求。一种可能的解决办法是将氢气储存在液氨中，通过氨分解反应生产氢气供燃料电池使用。以天然气等化石资源和甲醇、乙醇、丙二醇等含碳化学品为原料制氢，含有少量难以消除的CO、CO2、氮氧化物和硫氧化物，会毒害燃料电池的电极，而CO2是破坏生态平衡的温室气体。 为了达到燃料电池的氢气标准，往往需要进行复杂的后处理。氨是制氢的优良原料，氨催化分解制氢的产物是无污染的氢气和氮气，不含CO2或CO，未分解氨的体积分数经简单处理后可降至200×10-9以下。氨的储氢能力和能量密度明显高于甲醇等碳氧化物，可有效降低成本。另外，氨分解后的含氢气体不需要净化，可直接供给碱性燃料电池，是一种高效、廉价的低温燃料电池。

因此，催化分解氨制备不含CO或CO2的氢气无疑是质子交换膜燃料电池的理想氢源，受到了广泛的关注。氨分解过程不需要从外界引入氧气和水，工艺简单，装置易于小型化，符合移动氢源的要求，可以放在集装箱式柜子中。因此，小型移动制氢系统的氨催化分解研究受到了极大的关注。其关键技术是开发高活性的氨分解催化剂。氨分解催化剂主要有Fe基、Ru基和Ni基催化剂。Ru基催化剂在500℃以下的低温活性高于Fe基催化剂，但在500℃以上两者差别不大。但Ru基催化剂价格昂贵，生产成本高，不利于大规模使用。 目前工业上广泛应用的是MgO、A12O3载体负载的镍基催化剂，但与Fe基、Ru基催化剂相比，Ni基催化剂的活性要低很多。杨伟军等在《湖南大学学报》2006年33卷60期中对活性炭负载Fe和Ni催化氨分解的研究中，对Fe基催化剂和Ni基催化剂的活性进行了比较：Ni-Mo/C催化剂的反应温度必须在750℃以上才能达到较大的氨分解转化率。而实际上工业上镍基催化剂的使用温度通常为800～900℃，分解温度高，能耗大，单位体积催化剂处理量小，设备大型化，运行费用及设备制造成本较高。 因此亟待开发高低温活性、稳定性高、原料廉价易得、生产成本低、利于工业化的氨分解制氢催化剂。

技术实现思路

针对该领域的不足，本专利技术提供了一种氨分解制氢催化剂，该催化剂的氨分解温度比目前工业上使用的镍基催化剂低，低温氨分解效率高，生产工艺简单，稳定性好，制造成本低，适合工业化应用。本专利技术的氨分解制氢催化剂，以催化剂质量为基准，包括85％～95％的氧化铁和5％～15％的助剂，氧化铁为氧化亚铁(FeO)、氧化铁(Fe2O3)、氧化亚铁(Fe3O4)中的一种或两种，助剂包括氧化铝(Al2O3)、氧化钾(K2O)、氧化钙(CaO)。氧化铁中Fe2+和Fe3+的摩尔比为0.3～10：1，优选Fe2+和Fe3+的摩尔比为0.45～9：1。 Fe2+与Fe3+的摩尔比可通过EDTA化学分析确定。Al2O3是主要的结构促进剂，其作用机理为：（1）Al2O3在催化剂中能够均匀分布，且Al2O3熔点高，自身不会被还原，在氨分解反应温度下不会烧结，所以起到骨架的作用，可以防止催化剂烧结。（2）Al2O3可以增加催化剂的比表面积，一般催化剂的比表面积越大，催化剂活性越高。优选的，氨分解制氢催化剂中氧化铝的质量百分比为0.5％～4％。K2O是重要的电子促进剂，能够聚集在铁原子表面，起到电子给体的作用，促进氮气的脱附。优选的，氨分解制氢催化剂中氧化钾的质量百分比为0.2％～2％。 CaO是结构助剂之一，其主要作用是在熔融法制备过程中降低浆料的粘度，有利于助剂的均匀分布，提高催化剂的活性。优选的，所述氨分解制氢催化剂中氧化钙的质量百分比为0.5％～4％。所述助剂还可以包括其他金属氧化物。优选的，所述其他金属氧化物可以为钼、钴、钡、镁、钛、钒、钨、铌、镍、铬、锰的氧化物中的一种或多种。优选的，以催化剂的质量为基准，所述其他金属氧化物的含量X满足：

【技术保护要点】

1.一种氨分解制氢催化剂，其特征在于：以催化剂的质量为基准，包括85％～95％的氧化铁和5％～15％的助剂，其中，氧化铁为氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁中的一种或两种，助剂包括氧化铝、氧化钾、氧化钙。

【技术特点概要】

1.一种氨分解制氢催化剂，其特征在于，以催化剂的质量为基准，包括85％～95％的氧化铁和5％～15％的助剂，所述氧化铁为氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁中的一种或两种，所述助剂包括氧化铝、氧化钾和氧化钙。2.根据权利要求1所述的氨分解制氢催化剂，其特征在于，所述氧化铁中Fe2+和Fe3+的摩尔比为0.3～10：1。3.根据权利要求1所述的氨分解制氢催化剂，其特征在于，以催化剂的质量为基准，氧化铝占0.5％～4％，氧化钾占0.2％～2％，氧化钙占0.5％～4％。 4.根据权利要求1所述的用于氨分解制氢的催化剂，其特征在于：所述助催化剂中还包括其他金属氧化物，其他金属氧化物的含量为0.5％～4％。

【专利技术属性】

技术研发人员：刘华章、余艳艳、唐浩东、

申请人（专利权人）：浙江工业大学，

类型：发明

国家省份：浙江，33

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