新型金属整体式催化剂载体以及基于该载体的VOC催化燃烧催化剂和重整加氢催化剂

成果编号：10856

价格：面议

完成单位：南京工业大学

单位类别：其他高校

完成时间：2015年

成熟程度：小批量生产阶段

服务产业领域：能源环保、新材料

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发布人：郭燏离线

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催化剂的活性组份、结构化载体和反应器三者集成化的思想，已成为当前催化领域重要的且被逐渐接受的新思维。从宏观尺度出发研制的具有结构化的整体式催化剂，由于糅合了催化剂设计和反应器设计，从而具有传质传热好、床层压降低、紧凑小型、工程放大简单等优点，有利于提高催化反应的活性和选择性等。在大气环保和催化燃烧等气固相反应中已得到广泛应用，在多相反应中也显示了巨大的潜力。针对传统涂覆法制备的金属基体整体式催化剂(MMC)的活性涂层易剥离的瓶颈，以及近年来发展的非涂覆式MMC的比表面积小、孔道难以调控的缺点，我们利用多孔阳极氧化铝材料(PAA)的金属自生长氧化铝膜与金属基体间具有高度粘附性的特点，通过“阳极氧化-扩孔-水热反应-焙烧”的方法，对其孔道结构和化学特性进行改性修饰，制备一种具有大比表面积的新型的可通电加热的非涂覆式MMC。在研究PAA载体的同时，对其在环保和新能源领域，尤其是对系统压损、启动性、热应答性/热耦合、轻质化及小型化等具有严格要求的体系中的应用，均开展了长期的研究，例如自动车尾气脱硝处理，VOCs/CO/NH3的催化燃烧，甲烷/甲醇/乙醇/DME/煤油的重整制氢等等。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新工艺、新产品、新材料

合作方式：技术开发、技术咨询、技术服务、共建载体

参与活动：

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 2 项
已授权专利,其中:发明专利 5 项

成果简介

综合介绍

创新要点

(1)利用多孔阳极氧化铝材料(PAA)的金属自生长氧化铝膜与金属基体间具有高度粘附性的特点，在保持其有序孔骨架结构的前提下，创新性地利用金属自生长和原位相变技术在MMC上实现大范围尺度可调的规则双孔道结构。 (2)采用Al/Fe–Cr–Ni Alloy/Al覆层铝材制备的高温型PAA载体，实现了快速通电加热，从室温到1000度仅需数秒，大幅提升了系统启动性和响应性。另外，在40000次通电加热1000度–室温急冷的循环测试中，未发现PAA膜的剥落。 (3)在催化燃烧的应用中，开发了Cu-Co系、Cu-Mn系、Fe-Mn系等催化剂，在芳香族(苯、甲苯、二甲苯)的燃烧上接近贵金属催化剂。在CO、NH3、乙酸乙酯、己烷等的燃烧上达到或超越贵金属催化剂。 (4)在重整制氢中：通过Nickel Aluminate中间层及痕迹量贵金属添加等技术的开发，制备了具有较高寿命并且可以自活化？自复活的PAA镍催化剂。基于板式通电加热型PAA催化剂的水蒸气重整制氢的测试结果表明，采用阶段式通电加热，系统启动时间可从传统的外加热式的1h缩短为10min。

技术指标

1.膜厚：数μm 到数百μm。比表面积：100-300 m2/g。孔道结构：有序双孔道结构，微孔为数nm，大孔从100-300nm。晶形：γ氧化铝。常规型PAA耐热温度：<550度。高温型：<1000度 2.通电加热型PAA载体，在电加热模式下从室温到1000度仅需数秒。 3.在40000次通电加热1000度–室温急冷的循环测试中，未发现PAA膜的剥落。 4.负载过渡金属的PAA催化剂在VOC催化燃烧中的性能见图3。 5.负载镍的PAA催化剂，使用都市煤气13A为原料，3000h静态寿命测试及500回DSS模式测试均取得良好结果。基于板式通电加热型PAA催化剂的水蒸气重整制氢的测试结果表明，采用阶段式通电加热，系统启动时间可从传统的外加热式的1h缩短为10min。 6.负载镍的PAA催化剂，除天然气的水蒸气重整之外，在甲醇、乙醇、灯油的水蒸气重整，甲烷直接部分氧化重整，甲烷二氧化碳重整等体系中均取得了良好结果。

其他说明

目前我们使用PAA载体，除将其应用于自动车尾气脱硝处理，VOCs/CO/NH3的催化燃烧，甲烷/甲醇/乙醇/DME/煤油的重整制氢之外，在一些新的领域正在着力拓展其应用，尤其是对系统压损、启动性、热应答性/热耦合、轻质化及小型化等具有严格要求的体系中的应用，诸如： 1)金属基催化剂的放电电极和催化反应效果的叠加 2)再生式环控生保系统二氧化碳的Sabatier反应 3)加氢、裂解、C1及C2合成 4)选择性氧化 5)传统化工领域的技术革新，例如，在催化精馏中实现流道设计用的塔填料与反应用的催化剂的一体化构造，用以实现装置的小型化、降低床层压降以及解决催化精馏常出现的液泛等问题。

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