一種用于水煤氣變換反應的鉑負載型催化劑的制備方法
【專利摘要】一種用于水煤氣變換反應的鉑負載型催化劑的制備方法，采用水熱合成法制備：配制NaOH溶液并轉移至聚四氟乙烯襯套中，加入Ce(NO3)3·6H2O，室溫下攪拌30min，再加入H2PtCl6·6H2O溶液并繼續(xù)攪拌30min；將聚四氟乙烯襯套密封在不銹鋼高壓釜中，在100-180℃溫度下進行水熱反應24h，自然冷卻后，將沉淀物過濾、水洗，在80℃下真空干燥12h，緩慢升溫至400℃焙燒4h，即可得到不同微觀形貌的Pt/CeO2催化劑。本發(fā)明的優(yōu)點：該Pt/CeO2催化劑用于水煤氣變換反應具有較高的催化活性，且制備方法簡單、易于操作，對設備要求低，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種用于水煤氣變換反應的鉑負載型催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水煤氣變換反應催化劑的制備，特別是一種用于水煤氣變換反應的鉬負載型催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前能源危機不僅影響國家的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展，而且涉及到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，同時還嚴重影響著國家的能源安全。另一方面，化石能源的大量開發(fā)和應用也導致了人類生存環(huán)境的惡化。因此，尋找大量的清潔能源是一個擺在人類面前刻不容緩的課題。而氫能作為燃料，在交通運輸、熱能和動力生產(chǎn)中，已顯示出高效率和高效益的特點，如燃料電池的開發(fā)和應用。
[0003]車用質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)商業(yè)化的主要技術問題之一是如何經(jīng)濟、方便地將汽油等化石燃料轉化為符合燃料電池要求的富氫氣源。水煤氣變換反應(WGS)反應器成為燃料處理器的主要組件，用于CO選擇氧化凈化之前將CO的含量降低到必須的水平。否貝U，CO會嚴重損耗燃料電池中陽極的性能。
[0004]水煤氣變換(Water-gas shift，WGS)反應，即CO和H2O反應生成CO2和H2,是一個可逆的放熱反應。CO + H2O — CO2+ H2, ΔΗ = - 40.6 kj/mol。
[0005]在現(xiàn)有的常規(guī)工業(yè)應用中，WGS反應通常采用高低溫兩段操作，分別使用Fe2O3-Cr2O3和Cu/Zn0/Al203催化劑，目的是為了克服更高溫度時的熱力學平衡限制以及使CO幾乎完全轉化。這種傳統(tǒng)的操作模式技術復雜并且采用多段操作，對于燃料電池制氫并不是一個合適的選擇，單段操作的WGS反應顯然更有吸引力。負載的貴金屬催化劑如Pt，Au等，是目前研究較多的單段WGS催化劑，優(yōu)點是:1)機械強度高；)可以在更高溫度時操作，與Cu基催化劑相比反應動力學上更為有利；3)與Cu基催化劑相比，對Cl和S等毒物不太敏感；4)比Fe/Cr催化劑活性更高。
[0006]CeO2由于有氧化還原離子對(Ce3+/ Ce4+)，因而具有獨特的氧化還原性能，即較高的儲存與釋放氧能力，因此被作為催化劑廣泛應用于多相催化反應中，特別是以CeO2為載體的催化劑。然而，近期研究也發(fā)現(xiàn)，CeO2的催化性能不僅與粒子大小有關，而且與其微觀形貌密切相關。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種制備方法簡單、催化活性高的用于水煤氣變換反應的鉬負載型催化劑的制備方法。
[0008]本發(fā)明的技術方案:
一種用于水煤氣變換反應的鉬負載型催化劑的制備方法，所述鉬負載型催化劑為Pt/CeO2，鉬的負載量為0.56-0.89wt%, Pt/Ce02催化劑的微觀形貌為納米棒、納米立方體和納米多面體，采用水熱合成法制備，步驟如下:
I)配制NaOH溶液并轉移至聚四氟乙烯襯套中，加入Ce (NO3) 3.6Η20，室溫下攪拌30min，再加入H2PtCl6.6H20溶液并繼續(xù)攪拌30min ；
2)將聚四氟乙烯襯套密封在不銹鋼高壓釜中，在100-180°C溫度下進行水熱反應24h，自然冷卻后，將沉淀物過濾、水洗，在80°C下真空干燥12h，緩慢升溫至400°C焙燒4h，即可得到不同微觀形貌的PVCeO2催化劑。
[0009]所述NaOH溶液的濃度為0.l_6mol/L，Ce (NO3) 3.6Η20與NaOH溶液的用量比為1.0mmol:20mLo
[0010]所述H2PtCl6.6H20 溶液的濃度為 lg/100mL，Ce (NO3) 3.6H20 與 H2PtCl6.6H20 溶液的用量比為 5.0mmol:1.54-2.3mL。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:該PVCeO2催化劑用于水煤氣變換反應具有較高的催化活性，其制備方法工藝簡單、易于操作且對設備要求低，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為不同微觀形貌的Pt/Ce02的TEM譜圖，圖中:(a)為納米多面體，(b)為納米立方體，(C)為納米棒。
[0013]圖2為不同微觀形貌Pt/Ce02催化劑的XRD譜圖。
[0014]圖3為水煤氣變換反應固定床反應器流程示意圖。
[0015]圖4為不同微觀形貌Pt/Ce02催化劑的CO轉化率隨溫度變化圖。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明中控制Pt/Ce02催化劑微觀形貌的兩個主要因素是水熱溫度和NaOH溶液的PH值。下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行說明。
[0017]實施例1:
一種用于水煤氣變換反應的微觀形貌為納米棒的Pt/Ce02催化劑的制備方法，鉬負載量為0.56wt%，采用水熱合成法制備，步驟如下:
1)將IOOmL濃度為6mol/L的NaOH溶液，轉移至聚四氟乙烯襯套中，再加入5mmolCe (NO3) 3.6H20,室溫下攪拌 30min 后加入 2.30mL 的濃度為 lg/1OOmL 的 H2PtCl6.6H20 溶液并繼續(xù)攪拌30min ；
2)將聚四氟乙烯襯套密封在不銹鋼高壓釜中，在100°C下水熱處理24h。自然冷卻后，將沉淀物過濾，水洗，在80°C下真空干燥12h，程序升溫至400°C焙燒4h，得到微觀形貌為納米棒的Pt/Ce02催化劑,如圖1 (C)所示。
[0018]實施例2:
一種用于水煤氣變換反應的微觀形貌為納米立方體的Pt/Ce02催化劑的制備方法，鉬負載量為0.81wt%，采用水熱合成法制備，步驟如下:
1)將IOOmL濃度為6mol/L的NaOH溶液，轉移至聚四氟乙烯襯套中，再加入5mmolCe (NO3) 3.6H20,室溫下攪拌 30min 后加入 2.30mL 的濃度為 lg/1OOmL 的 H2PtCl6.6H20 溶液并繼續(xù)攪拌30min ；
2)將聚四氟乙烯襯套密封在不銹鋼高壓釜中，在180°C下水熱處理24h。自然冷卻后，將沉淀物過濾，水洗，在80°C下真空干燥12h，程序升溫至400°C焙燒4h，得到微觀形貌為納米立方體的PVCeO2催化劑，如圖1 (b)所示。[0019]實施例3:
一種用于水煤氣變換反應的微觀形貌為納米多面體的Pt/Ce02催化劑的制備方法，鉬負載量為0.89wt%，采用水熱合成法制備，步驟如下:
1)將IOOmL濃度為0.lmol/L的NaOH溶液，轉移至聚四氟乙烯襯套中，再加入5mmolCe (NO3) 3.6H20,室溫下攪拌 30min 后加入 1.54mL 的濃度為 lg/1OOmL 的 H2PtCl6.6H20 溶液并繼續(xù)攪拌30min ；
2)將聚四氟乙烯襯套密封在不銹鋼高壓釜中，在100°C下水熱處理24h。自然冷卻后，將沉淀物過濾，水洗，在80°C下真空干燥12h，程序升溫至400°C焙燒4h，得到微觀形貌為納米多面體的Pt/Ce02催化劑,如圖1 (a)所示。
[0020]實施效果:
采用固定床反應器模擬水煤氣變換反應過程，圖3為水煤氣變換反應固定床反應器流程示意圖。對上述實施例制備的催化劑進行催化性能比較，反應物料組成如表1所示。
[0021]表1反應物料組成表
【權利要求】
1.一種用于水煤氣變換反應的鉬負載型催化劑的制備方法，其特征在于:所述鉬負載型催化劑為Pt/Ce02，鉬的負載量為0.56-0.89wt%，Pt/Ce02催化劑的微觀形貌為納米棒、納米立方體和納米多面體，采用水熱合成法制備，步驟如下: 1)配制NaOH溶液并轉移至聚四氟乙烯襯套中，加入Ce(NO3) 3.6H20,室溫下攪拌30min，再加入H2PtCl6.6H20溶液并繼續(xù)攪拌30min ； 2)將聚四氟乙烯襯套密封在不銹鋼高壓釜中，在100-180°C溫度下進行水熱反應24h，自然冷卻后，將沉淀物過濾、水洗，在80°C下真空干燥12h，緩慢升溫至400°C焙燒4h，即可得到不同微觀形貌的PVCeO2催化劑。
2.根據(jù)權利要求1所述用于水煤氣變換反應的鉬負載型催化劑的制備方法，其特征在于:所述NaOH溶液的濃度為0.l-6mol/L, Ce (NO3)3.6H20與NaOH溶液的用量比為1.0mmol:20mLo
3.根據(jù)權利要求1所述用于水煤氣變換反應的鉬負載型催化劑的制備方法，其特征在于:所述 H2PtCl6.6H20 溶液的濃度為 lg/1OOmL, Ce (NO3) 3.6H20 與 H2PtCl6.6H20 溶液的用量比為 5.0mmol:1.54-2.3mL。
【文檔編號】B01J23/63GK103586023SQ201310606570
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權日:2013年11月26日
【發(fā)明者】畢亞東, 閆江, 黎慧, 徐友敏, 尹曉紅 申請人:天津理工大學