氨分解制氢 Ni-Pt/CeO2 催化剂的制备方法及应用领域

氨分解制氢 Ni-Pt/CeO2 催化剂的制备方法及应用领域

氨分解制氢

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Pt/ceo2催化剂及其制备方法和应用

技术领域

1.本发明涉及氨分解制氢技术领域，具体涉及一种氨分解制氢方法。

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Pt/ceo2双金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

2、氢气（H2）作为环境友好、高能高效的能源载体，有望成为未来能源体系的核心。目前氢气的生产主流工艺有两种，一种是碳氢化合物气化或重整，但由于碳氢化合物中含有碳，在生产过程中无法避免CO等副产物的产生；另一种方法是电解水制氢，电解水制氢虽然工艺简单、安全、无污染，但耗电量大，能耗高。NH3分解生成氢气（2NH3(g)

ꢀ→ꢀ

3h2(g) + n2(g) δh

氨分解产生的氮气（0.0=46.1kj/mol）由于操作简单、成本相对较低而受到广泛关注，由于氨分解产生的氮气化学性质惰性，避免了使用含碳原料制氢时常见的CO2。

对电池电极的毒化作用满足了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的工作要求，因此氨分解产氢是化工行业生产清洁氢气的重要反应，而其应用的关键是氨分解催化剂的研发。

3、中国专利文献公开了一种镍基氨分解氢氮混合气体催化剂，其中主要活性成分为Ni和Mo；载体为MGO或Al2O3；镍的重量百分比为0.5～16％，钼的重量百分比为3～21％，余量为载体。该催化剂可用于氨分解，但只有当反应温度高达650℃时才能达到较高的氨转化率，在较低温度下催化活性不高，氨的分解效果仅为1800h-1。催化剂在空速仅为1800h-1时使用

‑1.氨气处理效率低。中国专利文献公开了一种镍基氨分解氢氮混合气体催化剂，其主要活性成分为Ni；载体为ZrO2或Al2O3；助剂为La2O3或CeO2；镍的重量百分比为10~70%。该催化剂可用于氨气分解，催化剂的工作温度为550℃，低于现有工业催化剂工作温度800℃，但当ni的负载量高达60%时，才会有更高的氨分解转化率。

4、目前氨分解催化剂还存在活性组分负载量大、低温催化活性低、氨处理效率低等问题，针对以上问题，本发明旨在以CeO2为载体，引入Pt金属，改进Ni工艺，提供一种氨分解催化剂，活性高，金属负载量低，适用温度范围宽，具有优良的耐热稳定性。

技术实现要素：

5.本发明公开了一种用于氨分解制氢反应的硝化棉

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pt/ceo2催化剂包括活性组分和载体，其中活性组分为ni和pt，载体为ceo2；以质量百分比计，金属pt含量为0.03-1.0wt.%，金属ni含量为2.0-6.0wt.%。具体制备步骤为：首先，将金属铈盐在空气气氛下350℃下煅烧2h，得到ceo2载体；进一步，在室温下，将ceo2载体用氯铂酸溶液等体积浸渍法浸渍，产物在80℃下干燥12h后煅烧，得到pt/ceo2；进一步，将pt/ceo2加入金属镍盐溶液中进行等体积浸渍，所得产物在120℃下干燥后在一定温度下煅烧，得到ni

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pt/ceo2催化剂。

6. 优选地，所述金属铈盐选自ce(no3)3∙

6h2o, (nh4)2ce(no3)6, ce2(so4)3·

8H2O 和 CE(SO4)2

4h2o；优选地，所述金属镍盐选自醋酸镍、硝酸镍、氯化镍中的至少一种；优选地，步骤（2）中煅烧温度为700～900℃，煅烧时间为10～14小时；优选地，步骤（3）中煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为1～4小时。

7.应用：

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采用Pt/CeO2双金属催化剂催化氨分解产氢气。

8、与现有技术相比，本发明的优点在于：

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pt/ceo2氨分解催化剂活性组分为ni和pt，以ceo2为载体，在还原气氛下使ceo2中的ce进行反应。

4+

可以转换成ce

3+

，从而获得氧空位，有利于增强活性组分与ceo2载体之间的相互作用，提高催化剂活性；本发明通过在ceo2制备过程中加入微量pt，降低ceo2载体的粒径，还原后ceo2表面氧空位浓度提高，从而获得更多的Ni

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CEO2接口和更强大的ni

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pt的加入可以显著降低ni的负载量，从而达到节省成本的目的，从而提供了一种活性高、金属负载量低、适用温度范围宽且耐热稳定性优良的氨分解催化剂的制备方法。

9、另外，微量pt的加入，起到了改性载体ceo2的作用，从而提高了负载型ni催化剂的氨分解活性；随着pt含量的增加，ni和pt可以形成双金属活性中心，与反应物NH3分子的结合能力不同，即Ni

‑

n 和 pt

‑

n化学键的键能不同，将ni和pt复合有利于得到适中的金属

‑

n化学键，有利于氨分解反应物NH3的解离和产物N2分子的脱附，从而提高催化剂的氨分解性能。

10.根据本发明

‑

pt/ceo2催化剂的制备方法是将金属pt和活性组分ni依次浸渍到ceo2载体中，该制备方法工艺简单，操作方便，只需要一般的催化剂制备条件，与负载型贵金属催化剂相比，该制备方法所需贵金属含量相对较低，更为经济。

附图简要说明

11. 图 1 显示了 h2-

如图1a所示，加入微量pt后，pt/ceo2在360℃左右出现明显的还原峰，这可以归因于ceo2表面的ce

4+

恢复到ce

3+

并产生氧空位;从图1b可以看出，与对比例的Ni/Ceo2催化剂相比，实施例5的Ni

‑

属于Ni物种的PT/CEO2催化剂的还原峰（50~350 ℃）具有较低的峰温，表明Ni与载体之间有较强的相互作用，更容易被还原。

12、图2为本发明实施例5与对比例样品的XRD谱图，由图2可以看出，实施例5样品的CeO2衍射峰强度较小，半峰宽较窄，说明Pt的加入有利于获得较小的ceo2晶粒尺寸。

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PT/Ceo2 和对比 Ni/Ceo2 催化剂中 Ceo2 的粒径分别为 52.8 和 109.7 nm。

详细描述

13.下面通过实施例和比较例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限于这些实施例。

14. CeO2 载体的制备：Ce(NO3)3∙

6H2O粉末在静态空气气氛下于350℃煅烧2h得到CeO2载体。

15. 氯铂酸溶液：称取0.9773g

6H2O溶于/l浓盐酸中，配制氯铂酸溶液。

h、获取pt/ceo2。

27. 称取0.7432克Ni(NO3)2

6H2O溶解于3.5 ml去离子水中,采用等体积浸渍法负载于上述Pt/CeO2上;然后在120℃下干燥2 h,在空气氛围中400℃下煅烧2 h,得到Ni

‑

pt/ceo2催化剂。

28、对比例：称取4.85g CeO2载体，在空气气氛中800℃煅烧12h，得到CeO2载体；再称取0.7432g Ni(NO3)2·

将Ni/Ceo2催化剂制备成Ni/Ceo2载体，将Ni/Ceo2催化剂溶于3.5 ml去离子水中，采用等体积浸渍法负载于CeO2载体上，在120 ℃干燥2 h后，在空气氛围中400 ℃煅烧2 h，压成片，即得Ni/Ceo2催化剂。

29.美国公司生产的H2程序降温试验

ꢀ第二部分

化学吸附在2920全自动化学吸附仪上进行。称量50毫克催化剂，在10vol.％H2/Ar气氛中以10°C分钟加热。

将催化剂从室温以0.1-1的升温速率加热至900 ℃。测量前，用300 ℃高纯氩气吹扫样品30 min。

30. XRD测试在配备X'探测器的X'pert Pro粉末衍射仪（荷兰）上进行。测试前将样品还原3小时。使用Cu Kα辐射（λ=0.154 06nm），工作电压为45kV。工作电流40mA，测试范围：2θ=20

‑

100

°

。

31、活性测试条件：原料气为纯氨，催化剂预还原温度500℃，时间3h。测试空速30 000 ml

·

‑1·

‑1、试验温度范围为600~800℃。

32.催化剂的活性用NH3分解率来表示。氨分解率=（初始氨含量

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处理后氨含量）/初始氨含量*100％。

33.催化活性以NH3分解速率表示，实施例和对比例的活性评价结果如下：表1实施例和对比例的金属含量表2实施例和对比例的活性评价结果

如表 2 所示，ni

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pt/ceo2催化剂在低温区有较高的氨分解速率；加入微量pt后（实施例6，pt含量0.03%），催化剂可获得较高的低温区氨分解速率；进一步提高pt含量至1.0%，由于ni

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pt双金属催化剂的综合作用，进一步提高了低温氨分解活性。

34、以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明专利申请范围所作的等效变化与修饰，均应涵盖于本发明的保护范围之内。