本发明专利技术涉及氨分解制氢技术领域，公开了一种铁基催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术一种铁基催化剂，化学式为L i<subgt;x</subgt;Al<subgt;y</subgt;Fe<subgt;z</subgt;，其中x:y:z＝2:(2～3.5)：(2～0.5)，y+z＝4。本发明专利技术采用恒定pH共沉淀法制备锂铝铁类水滑石化合物作为铁基催化剂前驱体，之后经煅烧处理和还原处理即可制得所述铁基催化剂。本发明专利技术制备得到的铁基催化剂具有优异的氨分解催化活性以及催化稳定性，其中，30000mL·g<supgt;‑1</supgt;·h<supgt;‑1</supgt;、600℃下氨转化率可达73％；在30000mL·g<supgt;‑1</supgt;·h<supgt;‑1</supgt;、700℃下连续反应100h，氨转化率保持在99％以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氨分解制氢，具体而言，涉及一种铁基催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、近年来，随着人口持续快速增长，全球各地面临的能源紧缺和资源压力也愈专利技术显，目前的能源形势迫使化石能源发挥主要作用，以满足不断攀升的能源需求；然而，化石能源所带来的环境污染问题日益严重，对人们的日常生活产生了严重影响，因此，人们迫切地需要开发清洁能源；在目前已经开发利用的新能源中，氢能具有无污染、燃烧值高、资源广泛等优点，因此，氢能被视为一种极具应用前景的清洁能源。
2、然而，氢气低体积密度的特性限制了其储存和运输，为了解决这一问题，人们将氢存储在例如甲醇(ch3oh)、甲烷(ch4)、氨(nh3)等分子中，以实现氢气的储存和运输；在众多的储氢材料中，甲醇和甲烷等碳基储氢材料在制氢过程中不可避免地会产生碳氧化物(cox)，这些碳氧化物将会导致环境的污染；相比之下，氨中不含碳元素，其制氢产物仅为氮气和氢气，不会产生对环境造成污染的碳氧化物，而且，氨中氢含量较高(约为17.6％)，因此，氨被认为是一种极好的储氢材料。
3、氨分解法制备氢气具有纯度高、占地少、操作简单、成本低以及无有害副产物等优点，使一种制备氢气的良好方法；目前工业上主要采用热催化分解氨制备氢气，反应方程式为该反应是一个吸热、体积增大反应，因此高温、低压有利于该反应的进行；相关实验数据表明，700℃101.325kpa下该反应的氨转化率几乎为0，可见，氨分解很难在温和的条件下进行，因此，在分解氨制备氢气时往往需要添加氨分解催化剂，以提高氨转化率。
4、目前氨分解催化剂主要包括以ru，i r，pd，pt为代表的贵金属催化剂和以fe、co、ni、mo为代表的过渡金属催化剂；有文献报道，贵金属催化剂中ru基催化剂催化活性最高，例如k-5％ru/cnts(k/ru＝1)，其在60000ml·g-1cat·h-1、450℃下的氨转化率为97.3％；然而，ru等贵金属价格昂贵，使用成本高，这严重限制了贵金属催化剂的大规模商业化应用，相比之下，过渡金属催化剂因成本低、资源丰富而显示出更大优势。
5、围绕fe基氨分解催化剂人们开展了许多研究，包括催化剂的结构和形貌调控(介孔限域、核壳结构等)、载体类型(碳纳米材料、金属氧化物、氧化硅、分子筛等)、掺杂过渡金属(co、ni等)、助剂改性(碱金属、稀土氧化物等)。
6、有文献采用水热法和热处理相结合的方法制备了fe@gc系列石墨化碳包埋的铁纳米颗粒催化剂；该催化剂具有较高的比表面积和孔隙率、良好的分散性和石墨化碳结构，由于空间限制，该催化剂中fe纳米颗粒几乎完全嵌入到石墨化碳基体中，这种隔离结构增强了fe纳米颗粒的稳定性，因此该催化剂表现出良好稳定性，然而该催化剂在600℃、6000h-1的条件下，氨分解转化率仅为80％，反应20h后氨分解转化率仅保持在65％左右，可见该催化剂催化氨分解的活性较差。
7、有文献采用二维云母纳米片(ms)为载体，采用均匀沉淀法(hp)、浸渍法(i m)和沉积沉淀法(dp)制备fe/ms催化剂；在700℃、30000h-1的条件下，5％fe/ms-hp催化剂氨转化率为97.1％，5％fe/ms-dp催化剂氨转化率为86.0％，5％fe/ms-i m催化剂的氨转化率为77.4％；该催化剂催化氨分解的活性差异是由于不同的制备方法产生了不同的fe物种；fe/ms-hp催化剂的优异催化性能主要归功于fe物种的高度分散、云母层状结构以及fe物种与云母之间强烈的金属载体相互作用，而fe/ms-dp催化剂和fe/ms-i m催化剂由于fe颗粒分散不均匀、粒径分布宽等问题导致催化氨分解的活性较差。
8、有文献以介孔碳材料cmk-5材料为载体制备了较高分散度的α-fe2o3纳米颗粒催化剂，由于cmk-5的多孔结构和高的比表面积，使得活性组分α-fe2o3纳米颗粒得到很好的分散，在700℃和30000h-1的条件下，氨气转化率达到100％，但该催化剂高温稳定性较差，部分fe2o3纳米粒子容易烧结和迁移而导致催化剂活性降低。
9、因此，制备一种具有良好的催化活性和稳定性的氨分解催化剂，成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了提供一种具有良好的催化活性和稳定性的氨分解铁基催化剂及其制备方法和应用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、本专利技术技术方案之一：
4、一种铁基催化剂，化学式为lixalyfez，其中x:y:z＝2:(2～3.5)：(2～0.5)，y+z＝4。
5、本专利技术技术方案之二：
6、上述铁基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7、步骤一、将lino3、al(no3)3·9h2o和fe(no3)3·9h2o溶于水形成锂铝铁混合盐溶液，将na2co3溶于水形成na2co3底液；
8、步骤二、将步骤一得到的锂铝铁混合盐溶液缓慢滴加至步骤一得到的na2co3底液中，形成悬浊液，之后经老化、抽滤、干燥得到锂铝铁类水滑石化合物；
9、步骤三、对步骤二得到的锂铝铁类水滑石化合物进行煅烧处理，得到混合金属氧化物；
10、步骤四、对步骤三得到的混合金属氧化物进行还原处理，得到所述铁基催化剂。
11、进一步地，步骤一中，所述锂铝铁混合盐溶液中锂离子的摩尔浓度为0.2058～0.2417mo l/l，铝离子的摩尔浓度为0.2058～0.4230mo l/l，铁离子的摩尔浓度为0.0604～0.2058mo l/l。
12、进一步地，步骤一中，所述na2co3底液的摩尔浓度为0.1029～0.1209mo l/l。
13、进一步地，步骤二在室温和磁力搅拌下进行，其中，磁力搅拌的转速为180r/min。
14、进一步地，步骤二中，所述缓慢滴加的滴速为40d/min。
15、进一步地，步骤二中，在缓慢滴加锂铝铁混合盐溶液时，还需添加摩尔浓度为2.0mo l/l的naoh溶液维持na2co3底液的ph＝10±0.5。
16、进一步地，步骤二中，所述老化为静置老化24h。
17、进一步地，步骤二中，所述干燥为于100℃下干燥24h。
18、进一步地，步骤三中，所述煅烧处理为在空气气氛中于500℃下煅烧5h；
19、更进一步地，煅烧处理以3℃/min的升温速率从室温升温至500℃。
20、进一步地，步骤三煅烧处理后还需研磨、压片、过60目筛。
21、进一步地，步骤四中，所述还原处理为在氢气气氛中于700℃下还原30min；
22、更进一步地，还原处理以10℃/min的升温速率从室温升温至700℃。
23、本专利技术采用恒定ph共沉淀法制备锂铝铁类水滑石化合物(li-al-fe层状化合物)作为铁基催化剂前驱体，并对锂铝铁类水滑石化合物进行煅烧处理，能够本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种铁基催化剂，其特征在于，所述铁基催化剂的化学式为LixAlyFez，其中x:y:z＝2:(2～3.5)：(2～0.5)，y+z＝4。
2.一种如权利要求1所述的铁基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述锂铝铁混合盐溶液中锂离子的摩尔浓度为0.2058～0.2417mol/L，铝离子的摩尔浓度为0.2058～0.4230mol/L，铁离子的摩尔浓度为0.0604～0.2058mol/L；所述Na2CO3底液的摩尔浓度为0.1029～0.1209mol/L。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述缓慢滴加的滴速为60d/min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，在缓慢滴加锂铝铁混合盐溶液时，还需添加摩尔浓度为2.0mol/L的NaOH溶液维持Na2CO3底液的pH＝10±0.5。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述老化为静置老化24h，所述干燥为于100℃下干燥24h。
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p>7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述煅烧处理为在空气气氛中于500℃下煅烧5h。8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述还原处理为在氢气气氛中于700℃下还原30min。
9.一种如权利要求1所述的铁基催化剂在催化氨分解中的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种铁基催化剂，其特征在于，所述铁基催化剂的化学式为lixalyfez，其中x:y:z＝2:(2～3.5)：(2～0.5)，y+z＝4。
2.一种如权利要求1所述的铁基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述锂铝铁混合盐溶液中锂离子的摩尔浓度为0.2058～0.2417mol/l，铝离子的摩尔浓度为0.2058～0.4230mol/l，铁离子的摩尔浓度为0.0604～0.2058mol/l；所述na2co3底液的摩尔浓度为0.1029～0.1209mol/l。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述缓慢滴加的滴速为6...
【专利技术属性】
技术研发人员：李达林，苏佳欣，陈崇启，罗宇，江莉龙，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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