【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化技术和氢气纯化领域，具体涉及一种用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着我国社会经济和工业能源领域的快速发展，传统能源逐步出现供应缺口，且其环境不友好的特性逐渐放大。在全球“碳中和”的能源背景下，面对日趋严重的环境问题，开发利用新的清洁再生能源成为突破问题的关键所在。其中，各类燃料电池凭借其出色的能量转换效率、可再生、零污染等优点，有望成为新一代能源的主力军。
2、近半个世纪的研究开发以来，燃料电池目前主要包括碱性燃料电池(afc)、质子交换膜燃料电池(pemfc)、熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)、固体氧化物燃料电池(sofc)等。其中pemfc由于发电过程中不涉及氢氧燃烧，因此不受卡诺循环的限制，表现出理想的能量转换效率。并且对应的工作温度较低(80℃)，低温段启动性能好、寿命长，具有应用于工业和商业领域的潜力，成为目前新能源领域的研究热点。
3、pemfc使用氢气为燃料，由于氢气(h2)的储存和运输具有一定危险，因此，在线制氢一般通过液体有机燃料、天然气重整或醇的蒸汽转化，此时获得的h2中会含有少量的co(10～20％)。即便是通过水煤气变换反应，co的含量也仍保持在3％左右，远远超过了pemfc中pt电极对co的耐受上限(10ppm)，pt电极中毒后将导致电池效率降低甚至完全失效，因此去除大量h2中少量的co是必要的。但是富氢气体中co氧化和h2氧化互为竞争关系，因此需要一种能够选择性氧化co(co preferential oxida
4、目前，用于富氢气氛下优先催化氧化co的催化剂主要分为负载型贵金属(pt，pd，ru，au)催化剂和过渡金属复合氧化物催化剂。
5、中国专利cn110961103a公开了使用胶体法制备得到尺寸较小且分布均一的金纳米颗粒，之后通过光沉积的方法，在au/tio2催化剂界面上沉积pbo2，尽管该技术得到的pbo2/au/tio2在co-prox反应中表现出理想的活性，但是该催化剂的制备过程中涉及有机试剂和重金属元素，对环境不友好，且实测气氛下抗co2性能的进料浓度较低，制备工艺过程也非常复杂。
6、中国专利cn117797830a公开了一种低载量pt基催化剂，包括载体、过渡金属氧化物、pt。虽然此催化剂在富氢气氛下co-prox反应中体现了良好的性能，但是在其制备方法中，使用到的低碳醇和偶联剂对环境易造成二次污染，且载体碳纳米管的热稳定性限制了其在实际工况下的应用。
7、中国专利cn116037192a公开了一种负载型pt基催化剂，能在75～95℃温度段内将进料气中co含量降至0.2ppm以下。但催化剂制备过程复杂，且利用了大量有机试剂，不利于工业放大与环境保护，而且催化剂的抗水和抗二氧化碳性能较差。
8、综上所述，目前在富氢气氛下co-prox反应中具有高活性、高稳定性，且具备工业应用潜力的绿色催化剂仍有待进一步开发，来满足实际的工业需要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有活性高、稳定性好的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂及其制备方法，且该催化剂呈现出良好的抗水和抗二氧化碳性能。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术的技术方案之一在于，提供一种用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂，该催化剂的组成为pt/m1-m2ox，其中pt为活性组分，含量为0.10～5.00wt.％；m1为助剂，选自fe、co、ni、cu、zn氧化物中的一种或几种，m1在催化剂中的质量分数为0.01～5.00wt.％；载体为m2ox氧化物，m2为zr、ti、al、si中的一种。
4、进一步地，所述的活性组分pt在催化剂中以纳米颗粒的形式存在，对应平均粒径为0.5～10nm，并呈现金属态。
5、进一步地，m1以高分散形式存在于m2ox表面，pt沉积在m1上，即pt和m1两者共落位。
6、本专利技术的技术方案之二在于，提供一种用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7、(1)采用等体积浸渍法制备m1-m2ox：
8、将m1前驱体溶于去离子水中，再向所得溶液中加入m2ox粉体，超声搅拌，室温下静置，烘干，得到的粉末于400～800℃静态空气下焙烧3～5小时，得到掺杂后的载体m1-m2ox；
9、(2)所述采用等体积浸渍法制备pt/m1-m2ox：
10、将pt的前驱体溶于去离子水中，向所得溶液中加入步骤(1)制得的m1-m2ox粉体，超声搅拌，室温下静置，干燥，将得到的粉末于400～600℃静态空气下焙烧4～6小时后得到pt/m1-m2ox。
11、进一步地，步骤(1)中去离子水的用量为使最终溶液体积对应于m2ox的饱和吸水量。
12、进一步地，步骤(1)所述的m1前驱体选自硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜或硝酸锌中的一种或几种；
13、步骤(1)所述的m2ox粉体为氧化硅、氧化铝、氧化锆或氧化钛中的一种。
14、进一步地，步骤(2)中去离子水的用量为使最终溶液体积对应于m1-m2ox的饱和吸水量。
15、进一步地，步骤(2)所述的pt的前驱体选自硝酸铂、氯铂酸、乙酰丙酮铂或硝酸四氨合铂中的一种。
16、本专利技术的技术方案之三在于，提供一种用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的应用，将催化剂用于富氢气氛下一氧化碳优先氧化。
17、进一步地，富氢气氛下一氧化碳优先氧化反应选用固定床反应器，反应压力为常压，反应气体组成为：0.5～2.0vol.％co，30.0～90.0vol.％h2，0.1～1.0vol.％o2，0.0～20.0vol.％co2，0.0～20.0vol.％h2o，以n2为平衡气，反应质量空速为20 000～60000ml·gcat-1·h-1。
18、pt/m1-m2ox能在pemfc工作温度上下区间内保持100％的co转化率，并在长时间的反应过程中保持良好的稳定性，不受水汽或二氧化碳的影响。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
20、1、本专利技术选用zr、ti、al、si等金属氧化物作为载体，并选用fe、co、ni、cu、zn作为助剂，通过等体积浸渍法将m1负载到载体m2ox上制备得到m1-m2ox。m2ox本身具有较大的比表面积和机械强度，在引入m1后，进一步提升了m2ox本身的氧活化能力，并且为后续贵金属组分pt的负载提供了锚定位点，使其能较好地分散并稳定，提升pt/m1-m2ox催化剂在富氢气氛下co-prox反应中的性能。m1-m2ox表面的阳离子或金属物种提供给o2额外的活化位点，从而解决催化剂在低温段本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂，其特征在于，该催化剂的组成为Pt/M1-M2Ox，其中Pt为活性组分，含量为0.10～5.00wt.％；M1为助剂，选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn氧化物中的一种或几种，M1在催化剂中的质量分数为0.01～5.00wt.％；载体为M2Ox氧化物，M2为Zr、Ti、Al、Si中的一种。
2.根据权利要求1所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂，其特征在于，所述的活性组分Pt在催化剂中以纳米颗粒的形式存在，对应平均粒径为0.5～10nm，并呈现金属态。
3.根据权利要求1所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂，其特征在于，M1以高分散形式存在于M2Ox表面，Pt沉积在M1上，即Pt和M1两者共落位。
4.一种如权利要求1-3任一所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中去离子水的用量为使最终溶液体积对
6.根据权利要求4所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的M1前驱体选自硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜或硝酸锌中的一种或几种；
7.根据权利要求4所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中去离子水的用量为使最终溶液体积对应于M1-M2Ox的饱和吸水量。
8.根据权利要求4所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的Pt的前驱体选自硝酸铂、氯铂酸、乙酰丙酮铂或硝酸四氨合铂中的一种。
9.一种如权利要求1-3任一所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的应用，其特征在于，将催化剂用于富氢气氛下一氧化碳优先氧化。
10.根据权利要求9所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的制备方法，其特征在于，富氢气氛下一氧化碳优先氧化反应选用固定床反应器，反应压力为常压，反应气体组成为：0.5～2.0vol.％CO，30.0～90.0vol.％H2，0.1～1.0vol.％O2，0.0～20.0vol.％CO2，0.0～20.0vol.％H2O，以N2为平衡气，反应质量空速为20 000～60 000mL·gcat-1·h-1。
...【技术特征摘要】
1.一种用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂，其特征在于，该催化剂的组成为pt/m1-m2ox，其中pt为活性组分，含量为0.10～5.00wt.％；m1为助剂，选自fe、co、ni、cu、zn氧化物中的一种或几种，m1在催化剂中的质量分数为0.01～5.00wt.％；载体为m2ox氧化物，m2为zr、ti、al、si中的一种。
2.根据权利要求1所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂，其特征在于，所述的活性组分pt在催化剂中以纳米颗粒的形式存在，对应平均粒径为0.5～10nm，并呈现金属态。
3.根据权利要求1所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂，其特征在于，m1以高分散形式存在于m2ox表面，pt沉积在m1上，即pt和m1两者共落位。
4.一种如权利要求1-3任一所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化氧化的铂基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中去离子水的用量为使最终溶液体积对应于m2ox的饱和吸水量。
6.根据权利要求4所述的用于富氢气氛下一氧化碳优先催化...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭耘，张力，沈佳，葛春亮，唐璇，丁得龙，王丽，郭杨龙，詹望成，戴启广，王爱勇，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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