专利名称：一氧化碳在富氢气体中选择性氧化催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化催化剂制备方法，具体的是一种 一氧化碳在富氢 气体中选择性氧化催化剂及其制备方法。
背景技术：
氢氧燃料电池有望广泛应用于清洁电动汽车，其工作原理是氢在阳 极氧化变成质子和电子，氧在阴极得到电子还原成氧负离子，质子和氧负 离子结合生成水而得到连续稳定的电流。氢气的来源一般是曱醇分解和天 然气重整制氢，氢气中不可避免地会含有一定量的一氧化碳。由于一氧化 碳会导致燃料电池中的铂电极中毒失效，因此氢气中一氧化碳的浓度必须 尽量降低。去除一氣化碳的最简易的方法是氧化法》但是在一氧力e碳的氧 化过程中氢气也会被氧化导致无谓消耗。如果巧妙的利用催化剂的选择性， 就可以在有效氧化 一 氧化碳的同时抑制氢气的氧化。已知的富氢条件下一氧化碳选择氧化催化剂大多数使用贵金属为活性 组分，主要问题是贵金属含量高， 一般在5%左右，成本昂贵，而且活性温 度范围狹窄且偏向高温，如专利98809466。更为重要的是，大部分已知催 化剂的选择性较低，如专利02136480. X，其实施例中的氧选择性只有30%~ 35%,既在去除一氧化碳的同时60%—70%的氧和氬发了不希望的消耗反应。发明内容本发明的目的在于提供一种C0在富氢气体中选择性氧化催化剂及其 制备方法，它可以解决现有技术存在的成本较高、活性温度范围狭窄且偏 向高温且选择性较低等问题。本发明所制备出的氧化催化剂可以在较宽的 温度区间内将富氢气体中 一氧化碳的含量降至5 0Oppm以下，满足燃料电池 的实际工况需求。为了达到解决上述技术问题的目的，本发明的技术方案是， 一种一氧化碳在富氢气体中选择性氧化催化剂，由金属组分附栽在一种多孔性无机物载体上构成，所述金属组分为4丐、镁、锌、铁、锡、铝中 至少一种。在本发明的技术方案中，还包括以下技术特征所述多孔性无机物栽 体为硅力交，所述硅"交的比表面积为300 700mVg。进一步地，所述多孔性无^/L物载体还可为三氧化二铝、氧化铈、氧化 铁、沸石、海泡石、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、氧化镁、二氧化锡中 的其中一种。进一步地，所述金属组分的总含量占所述氧化催化剂的18~45%。 进一步地，所述金属组分形成可溶性的金属卣化物或金属无机盐的水溶液，在单个金属囟化物或金属无机盐的水溶液中的金属的重量百分含量为18 ~ 23% 。一种 一氧化碳在富氢气体中选择性氧化催化剂的制备方法，包括以下 步骤，1 )将多孔性无机物载体置于700 ~ 900。C活化炉中煅烧0. 5 ~ 3小时， 然后降温；2 )将步骤1)所得的产物浸泡于一种金属组分的可溶性卣化物或无机 盐水溶液中，搅拌0.5-2小时，所述金属组分的卣化物或无机盐水溶液中 金属组分的重量百分含量为18~23%;所述金属组分为钙、镁、锌、铁、 锡或铝；3) 将步骤2)所得到的产物在110~ 15(TC条件下烘干36 - 48小时， 控制水分含量在0. 4~ 1. 0%;4) 重复上述步骤2)和3)至少一次，即将步骤1)所得的产物浸泡 于另外一种金属组分的卣化物或无才几盐水溶液中；5)然后将上述最终产物混合，即可获得最终的氧化催化剂。 进一步地，所述金属组分的总含量占所述氧化催化剂的18~45%。 进一步地，所述多孔性无才几物载体为石圭月交，其比表面积为300 ~ 700mVg,所述多孔性无机物栽体还可为三氧化二铝、氧化铈、氧化铁、沸 石、海泡石、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、氧化镁、二氧化锡中的其中一种。一种 一 氧化碳在富氢气体中选择性氧化催化剂的制备方法，包括以下 步骤，1 )将多孔性无机物载体置于700 ~ 90(TC活化炉中煅烧0. 5 ~ 3小时， 然后降温，所述多孔性无才几物载体为硅胶，其比表面积为300 ~ 700mVg, 所述多孔性无机物载体还可为三氧化二铝、氧化铈、氧化铁、沸石、海泡 石、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、氧化镁、二氧化锡中的其中一种；2) 将步骤1)所得的产物浸泡于至少包含两种金属组分的可溶性由化 物或无机盐的混合水溶液中，搅拌O. 5~2小时，所述金属组分为钩、镁、 锌、铁、锡或铝；3) 将步骤2)所得到的产物在110 ~ 15(TC条件下烘干36 - 48小时， 控制水分含量在0. 4 ~ 1. 0% ,即可获得最终的氧化催化剂。进一步地，所述金属组分的总含量占所述氧化催化剂的18~45% 所述氧化催化剂可根据不同需要，制成球状或者无定形颗粒。 在多孔性无机物载体上金属组分有平均100~ 300nm的颗粒，优选为平 均1QG 150nm。氧化催化剂中，当金属组分小于18%时，催化剂的活性特别是低温一 氧化碳转化率会降低。而当金属组分大于45%时，会降低氧的选择性。 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是本发明在富氬条件下一氧化碳选择氧化催化剂使用价格比较低的常见 金属作为活性组分，获得更高的低温一氧化碳的氧化活性和选择性。 本发明制备过程简单，操作方便。并具有以下优点 1 )所选用的金属价格便宜，并可有效应用于一氧化碳在富氢气氛下的 选择性氧化；2) 本发明的氧化催化剂的活性起始温度低，使用温度范围宽，可在 60 ~ 150。C间有效工作。3) 本发明的氧化催化剂在有效工作温度区间内氧的选择性高达85~ 90%，即在有效除去一氧化碳的同时，氢气的消耗量极少。4 )在60 - 150。C间有效工作温度下模拟转化气(0. 7% ( V/V) C0、 0. 7% (V/V)02、 76% ( V/V) H2、 17. 6% ( V/V) C02、 5% ( V/V ) H20 )使CO完全转化为co2。本发明是在充分考虑到以往的研究结果的基础上，进行了大量研究的 结果。所提供的氧化催化剂在较低的温度范围内高效氧化催化氢气中的一 氧化碳而不氧化氢气。
具体实施方式
实施例1取lkg硅胶，比表面积350m7g，置于750。C活化炉中煅烧1小时，降 温后浸泡于所定浓度的硝酸4丐、硝酸锌的混合水溶液中，搅拌30分钟，在 125。C条件下烘干36小时，控制催化剂的水分在0. 6%以下，即可获得氧化 催化剂。氧化催化剂的钙组分含量为20%,锌组分含量为22%。实施例2取lkg硅胶，比表面积320mVg，置于800。C活化炉中煅烧1小时，降 温后浸泡于所定浓度的硫酸锌、硫酸铁的混合水溶液中，搅拌30分钟，在 110。C条件下烘干48小时，控制催化剂的水分在0. 5%以下，即可获得氧化 催化剂。氧化催化剂的锌组分含量为19%，铁组分含量为23%。实施例3取lkg硅胶，比表面积360mVg，置于85(TC活化炉中煅烧1小时，降 温浸泡于所定浓度的氯化钙、氯化镁的混合水溶液中，搅拌45分钟，在 135。C条件下烘干40小时，控制催化剂的水分在0. 7%以下，即可获得氧化 催化剂。氧化催化剂的钙组分含量为20%，镁组分含量为23%。实施例4取1.5kg硅胶，比表面积380m7g,置于90(TC活化炉中煅烧1小时， 降温浸泡于所定浓度的石克酸锡、碌b酸铝的混合水溶液中，搅拌1小时，在 140。C条件下烘千42小时，控制催化剂的水分在0. 6%以下，即可获得氧化 催化剂。氧化催化剂的锡组分含量为18%，铝组分含量为20%。实施例5取0. 5kg硅胶，比表面积340m2/g,置于750。C活化炉中煅烧1. 5小时， 降温浸泡于所定浓度的硝酸锌、硝酸锡的混合水溶液中，撹拌45分钟，在 130。C条件下烘干38小时，控制催化剂的水分在0. 5%以下，即可获得氧化催化剂。氧化催化剂的锌组分含量为19%，锡组分含量为22%。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举 例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改 型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种一氧化碳在富氢气体中选择性氧化催化剂，其特征在于由金属组分附载在一种多孔性无机物载体上构成，所述金属组分为钙、镁、锌、铁、锡、铝中至少一种。
2、 根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述多孔性无机物载 体为硅胶，所述硅胶的比表面积为300 ~ 700mVg。
3、 根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于所述多孔性无机 物载体也可以为三氧化二铝、氧化铈、氧化铁、沸石、海泡石、二氧化钛、 二氧化锆、氧化锌、氧化镁、二氧化锡中的其中一种。
4、 根据权利要求2所述的催化剂，其特征在于所述金属组分的总含 量占所述氧化催化剂的18~45%。
5、 根据权利要求1或4所述的催化剂，其特征在于所述金属组分形 成可溶性的金属囟化物或金属无机盐的水溶液，在单个金属卣化物或金属 无;f几盐的水溶液中的金属的重量百分含量为18~23%。
6、 一种一氧化碳在富氢气体中选择性氧化催化剂的制备方法，其特征 在于包括以下步骤，1 )将多孔性无机物载体置于700 ~ 900。C活化炉中煅烧0. 5 ~ 3小时， 然后降温；2) 将步骤1)所得的产物浸泡于一种金属组分的可溶性卣化物或无机 盐水溶液中，搅拌0. 5~ 2小时，所述金属组分的卣化物或无机盐水溶液中 金属组分的重量百分含量为18~23%;所述金属组分为4丐、镁、锌、铁、 锡或铝；3) 将步骤2)所得到的产物在110~ 15(TC条件下烘干36 - 48小时， 控制水分含量在0. 4 ~ 1. 0% ;4) 重复上述步骤2)和3)至少一次，即将步骤1)所得的产物浸泡 于另外一种金属组分的卣化物或无机盐水溶液中；5) 然后将上述最终产物混合，即可获得最终的氧化催化剂。
7、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述金属组分的总 含量占所述氧化催化剂的18~45%。
8、 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述多孔性无机物 载体为硅胶，其比表面积为300 ~ 700mVg，所述多孔性无机物载体还可为 三氧化二铝、氧化铈、氧化铁、沸石、海泡石、二氧化钛、二氧化锆、氧 化锌、氧化镁、二氧化锡中的其中一种。
9、 一种一氧化碳在富氢气体中选择性氧化催化剂的制备方法，其特征 在于包^r以下步骤，1 )将多孔性无机物载体置于700 ~ 900。C活化炉中煅烧0. 5 ~ 3小时， 然后降温，所述多孔性无机物栽体为硅月交，其比表面积为300 ~ 700mVg, 所述多孔性无机物载体还可为三氧化二铝、氧化铈、氧化铁、沸石、海泡 石、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、氧化镁、二氧化锡中的其中一种；2) 将步骤1)所得的产物浸泡于至少包含两种金属组分的卣化物或无 机盐的混合水溶液中，搅拌O. 5~2小时，所述金属组分为4丐、镁、锌、铁、 锡或铝；3) 将步骤2)所得到的产物在110~ 150。C条件下烘干36~48小时， 控制水分含量在0. 4 ~ 1. 0% ,即可获得最终的氧化催化剂。
10、 根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于所述金厲组分的 总含量占所述氧化催化剂的18-45%。
全文摘要
本发明提供了一种一氧化碳在富氢气体中选择性氧化催化剂及其制备方法，它可以解决现有技术存在的成本较高、活性温度范围狭窄且偏向高温且选择性较低等问题。本发明在富氢条件下一氧化碳选择氧化催化剂使用价格比较低的常见金属作为活性组分，附载在一种多孔性无机物载体上构成，从而获得更高的低温一氧化碳的氧化活性和选择性。本发明制备过程简单，操作方便。本发明的氧化催化剂的活性起始温度低，使用温度范围宽，可在60～150℃间工作氧的选择性高达85～90％，即在有效除去一氧化碳的同时，氢气的消耗量极少。
文档编号B01J27/25GK101219390SQ20071011604
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月17日 优先权日2007年12月17日
发明者李永兆 申请人:李永兆