CN104733758A - 一种燃料电池尾气催化处理的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃料电池尾气处理领域，涉及一种用于氢氧燃料电池尾气催化处理的装置和方法。本发明提供的燃料电池尾气催化处理的装置，包括气体混合器，所述气体混合器的入口分别与燃料电池阳极端的氢气出口管道和燃料电池阴极端的空气出口管道连接，气体混合器的出口与微型板式反应器连接，微型板式反应器内部设置具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板，在所述微型板式反应器的周围设置对反应器进行精确的控温加热系统和热电偶。采用了涂有疏水Pt-Al₂O₃涂层的铁铬铝板，对氢燃料电池的尾气进行催化处理，主要利用微型板式反应器的狭缝阻火效应及疏水催化剂的疏水特性，实现在潮湿氛围下简单高效的处理氢燃料电池尾气。

Description

一种燃料电池尾气催化处理的装置及其方法

技术领域

本发明属于燃料电池尾气处理领域，涉及一种用于氢氧燃料电池尾气催化处理的装置和方法以及在潮湿氛围下可以有效催化氢氧复合气体的疏水型催化剂的制备方法。

背景技术

氢气燃料电池系统的尾气主要来源于电池阳极侧排放出的氢气。为保证氢气的利用率，供氢回路一般对剩余气体进行封闭回收，但随着电池的运行，电池阳极侧含有的杂质气体会不断累积，导致催化剂中毒，对电池性能产生不利影响，并且增湿水也会在气体流道和MEA上聚集，达到一定程度会使电池电极发生“水淹”现象，从而降低电池性能。目前解决这一问题的方式是，对阳极侧氢气进行间歇式排放。在阳极侧出口管路安装一个电磁阀，电磁阀通常处于关闭状态，保证阳极侧内氢气具有较高压力，但随着电池运行状态和工况的不同，电磁阀每隔一定时间开启一次，水分和气体随高速气流排出，然后电磁阀关闭。氢气是易燃易爆的危险气体，在通风不畅的环境中，排放的氢气容易堆积，在小范围空间里达到爆炸极限，即便在开放环境中，有明火或者电火花的条件下，也可能触发造成氢气的爆炸。另一方面，部分氢气会到达平流层扰乱臭氧层的形成，对环境有所危害。

氢气燃料电池系统的阴极同时也存在尾气的排放，为稳定的空气(氧气)流，以及随气体带出的反应生成的水分。

燃料电池的工作温度较低，一般在80℃左右，尾气的出口温度应该低于该温度，这就要求尾气处理的催化剂要有良好的低温活性；此外，由于氢气属于易燃易爆的气体，对于燃料电池尾气的处理一定要强调其的安全性与可靠性。国内外的很多学者对此进行了研究，绝大部分的处理方式集中在尾气稀释法和催化燃烧法。

中国专利公开号为CN101323247，公开了一种用于燃料电池客车排放的氢气的稀释装置，该装置由一个筒状主体、筒体内交错的隔板、光电传感器、风扇、氢气尾排管等组成，多块隔板可使氢空混合气混合的更加均匀，避免了混合气中氢气浓度局部过大。该装置使得燃料电池客车的各种工况下都能使脉冲浓度降低到安全范围，若采此方法，尾排气体没有经过处理，在密闭或者通风不畅的环境下，氢气会积累，存在爆炸危险；排放到大气氛围中，有可能对臭氧层造成破坏。

中国专利公开号为CN101604758，公开了一套燃料电池阳极尾气处理系统，该系统的主要组成部分是催化剂部件和汽水分离器。燃料电池阳极排放的尾氢通过电磁阀进入催化燃烧区域，与另一端进入的空气混合进行氧化，尾氢将电堆带出的水分和氢氧反应生成的水进入汽水分离器分离，防止水汽堵塞排气管道，影响催化的效果。若采此方法，需要额外的汽水装置处理气体中的水分，对于极易爆炸的氢氧复合催化过程增加了不确定性，难以保证本质安全。

此外，这些已知的燃料电池尾气处理装置和办法，尚不能实现在保证本质安全的情况下对含水汽的含氢尾气进行处理。因此，针对氢氧燃料电池尾气，需要开发一种在在潮湿氛围下可以有效实现催化氢氧复合气体的装置和方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池尾气催化处理的装置及其方法，该装置和方法将疏水Pt-Al₂O₃集成在微型板式反应器中，在潮湿氛围下有效实现催化氢氧复合气体，工艺简单、安全、高效优点。

本发明目的还在于提供一种具有经疏水改性Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板的涂层涂覆方法和该疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂。

本发明的技术方案如下：

一种燃料电池尾气催化处理的装置，其特征在于：所述装置包括气体混合器3，所述气体混合器3的入口分别与燃料电池阳极端的氢气出口管道和燃料电池阴极端的空气出口管道连接，所述气体混合器3的出口与微型板式反应器6连接，所述微型板式反应器6内部设置具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板，在所述微型板式反应器6的周围设置对反应器进行精确的控温加热系统7和热电偶8，所述氢气和空气通过气体混合器3混合后，进入微型板式反应器6中催化处理，排入大气。

根据本发明所述燃料电池尾气催化处理的装置，在所述气体混合器3和燃料电池阳极端的氢气出口之间的管道上设置第一气体质量流量计1，在所述气体混合器3和燃料电池阴极端的空气出口之间的管道上设置第二气体质量流量计11。

根据本发明所述燃料电池尾气催化处理的装置，优选的是，在所述气体混合器3与微型板式反应器6之间设置并联的两条管道，在所述两条管道上均设置有球阀，在其中的一条管道上的球阀后面设置有气体加湿器5，用于使混合气体在潮湿和干燥条件下切换。

根据本发明所述燃料电池尾气催化处理的装置，优选的是，在所述微型板式反应器6后面依次连接用于干燥反应尾气的干燥器9和用于对气体含量进行测量的气相色谱仪10。

根据本发明所述燃料电池尾气催化处理的装置，优选的是，所述通道板为带有槽道的铁铬铝板。

根据本发明所述燃料电池尾气催化处理的装置，所述的微型板式反应器6设置有上盖板61和下盖板62，在所述上盖板61上设置有混合气体的入口63和出口64，在所述上盖板61和下盖板62之间设置具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板66，在通道板66周围设置用于使混合气体不泄露的封闭槽65，所述上盖板61和下盖板62通过螺栓固定。(如图2所示内槽道从入口进气，后为渐开式，渐开式的角度α＝120度。)

根据本发明所述燃料电池尾气催化处理的装置，所述具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板的涂层方法：

1)将氧化铝纳米粉料及浓硝酸溶液、去离子水混合，所述氧化铝粉料:浓硝酸:去离子水＝0.5-1.5g:0.5-1.5ml:3-5ml，搅拌形成胶体，涂覆在具有槽道的铁铬铝板上，干燥，于400-500℃煅烧1.5-2.5h，冷至室温，得到氧化铝涂层，真空封装保存；

2)将氯铂酸与乙醇按配比为0.5-1.5mg/0.5-1.5ml，配制成氯铂酸乙醇溶液；将步骤(1)所述得到的氧化铝涂层浸泡，干燥，于400-500℃煅烧1.5-2.5h，再重复上述过程后，用氢气还原，得到Pt-Al₂O₃铁铬铝板保存待用；

3)对步骤(2)所得Pt-Al₂O₃铁铬铝板疏水处理，将所述Pt-Al₂O₃铁铬铝板置于三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷乙醇溶液中浸泡12-36h，洗涤，干燥，此过程重复1-5次，优选2-5次，得到具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板。

上述疏水处理重复1次，得到的疏水改性催化剂为1WM-Pt-Al₂O₃；上述疏水处理重复3次，得到的疏水改性催化剂为3WM-Pt-Al₂O₃；上述疏水处理重复5次，得到的疏水改性催化剂为5WM-Pt-Al₂O₃。

本发明还提供一种燃料电池尾气催化处理的方法，其特征在于，所述方法应用上述的催化处理的装置，包括如下步骤：

燃料电池阳极端的氢气和燃料电池阴极端的空气，分别经过气体质量流量计控制的氢气和空气的量，使两种气体混合后，进入气体混合器，然后进入微型板式反应器，在疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂的作用下，进行催化处理后，经气体分析仪来测试排放氢气浓度后，符合标准排入大气。

本发明还提供一种具有经疏水改性Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板的涂层涂覆方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将氧化铝纳米粉料及浓硝酸溶液、去离子水混合，所述氧化铝粉料:浓硝酸:去离子水＝0.5-1.5g:0.5-1.5ml:3-5ml，搅拌形成胶体，涂覆在具有槽道的铁铬铝板上，干燥，于400-500℃煅烧1.5-2.5h，冷至室温，得到氧化铝涂层，真空封装保存；

2)将氯铂酸与乙醇按配比为0.5-1.5mg/0.5-1.5ml，配制成氯铂酸乙醇溶液；将步骤(1)所述得到的氧化铝涂层浸泡，干燥，于400-500℃煅烧1.5-2.5h，再重复上述过程后，用氢气还原，得到Pt-Al₂O₃铁铬铝板保存待用；

3)对步骤(2)所得Pt-Al₂O₃铁铬铝板疏水处理，将所述Pt-Al₂O₃铁铬铝板置于三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷乙醇溶液中浸泡12-36h，洗涤，干燥，此过程重复1-5次，优选2-5次，得到具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板。

上述疏水处理重复1次，得到的疏水改性催化剂为1WM-Pt-Al₂O₃；上述疏水处理重复3次，得到的疏水改性催化剂为3WM-Pt-Al₂O₃；上述疏水处理重复5次，得到的疏水改性催化剂为5WM-Pt-Al₂O₃。

根据本发明所述具有经疏水改性Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板的涂层涂覆方法，在所述步骤(1)中形成胶体后需陈化1-3h；所述涂覆完成后需陈化1-2h。

根据本发明所述燃料电池尾气催化处理的装置，所述经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂通过将负载Pt的氧化铝涂覆在铁铬铝板上，经疏水处理而制得；所述金属铂的负载量为2.5-3wt％，以铂和Al₂O₃总质量计。

本发明提供的一种用于氢氧燃料电池尾气处理的催化燃烧装置，包括阳极端氢气和阴极端空气分别与气体质量流量计1和11通过管道连接；气体混合器3接入计量控制的氢气和空气使气体混合均匀；球阀4与气体加湿器5相连，可以使得混合气体的性质在潮湿和干燥条件下切换；预混的气体连接到微型板式反应器6，经过处理后排放到大气中。

本发明所述的微型板式反应器周围设置一套电热丝电加热系统，可以对反应器进行精确的控温。

根据本发明提供的用于氢氧燃料电池尾气处理的催化处理装置，在上述主要部件(如气体钢瓶，气体混合器，板式反应器)的连接管道中间，都接有止回阀2，可以有效的防止突发火焰的传播。

本发明提供的一种基于上述装置的制备疏水Pt-Al₂O₃涂层的工艺方法，详细步骤如下：

1)将氧化铝纳米粉料及浓硝酸溶液、去离子水经过称量(氧化铝粉料：浓硝酸：去离子水1g：1ml：4ml)，一并放置玻璃容器中，在室温下搅拌2小时直至形成均匀胶体，然后陈化1-3小时；取胶体，均匀的涂覆在有微槽道的铁铬铝板上，室温下陈化1-2小时，之后再将铁铬铝板放置在干燥箱干燥过夜，温度为110度；固化的催化剂涂层最后在马弗炉中煅烧2小时，温度为400-500度，炉冷至室温，真空封装保存；

2)配制氯铂酸乙醇溶液，所述氯铂酸与乙醇的配比为1mg/1ml，对铁铬铝氧化铝涂层采用过量浸渍法进行贵金属铂负载，氯铂酸与乙醇的配比为1mg/1ml；铁铬铝氧化铝涂层经过12小时的浸泡，12小时110度干燥，以及400-500度焙烧，此后再重复一次上述的贵金属铂负载过程。随后采用350度氢气还原，贵金属铂负载过程完成，还原完成的Pt-Al₂O₃铁铬铝板真空封装保存待用；

3)对Pt-Al₂O₃铁铬铝板进行疏水处理，三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷(FAS)作为改性剂，将Pt-Al₂O₃铁铬铝板置于FAS乙醇溶液浸泡24小时，洗涤之后在100度温度条件下干燥6小时，此过程重复数次，改性过程完成；FAS与无水乙醇的体积比为1:50-200。

其中，所述的疏水型Pt-Al₂O₃涂层的物性为：贵金属铂负载量为2.9wt％(铂是铂和Al₂O₃总重量的2.9％)，涂层接触角分别从65°(1WM-Pt-Al2O3),129°(3WM-Pt-Al2O3)和150°(5WM-Pt-Al2O3)。

接触角为仪器测量值，接触角测量仪，未改性时Pt-Al₂O₃接触角小于90度。

有益的效果

本发明提供一种燃料电池尾气催化处理的装置及其方法，采用了涂有疏水Pt-Al₂O₃涂层的铁铬铝板，对氢燃料电池的尾气进行催化处理，主要利用微型板式反应器的狭缝阻火效应及疏水催化剂的疏水特性，实现在潮湿氛围下简单高效的处理氢燃料电池尾气。

本发明的优点还在于，将疏水无机催化剂用于氢氧低温催化燃烧，可以高效的解决氢燃料电池尾气的排放问题，并且实现了在低温潮湿条件下贵金属催化剂的稳定性。相对于已有技术，采用微型板式反应器，既有效消除尾氢，而且结构简单安全。此外，此发明使得贵金属无机载体催化剂改性获得良好的疏水性，可以在其他低温含水反应中推广，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述燃料电池尾气催化处理装置流程图。

图2为本发明所述微型板式反应器结构示意图。

图3为在干燥氛围下经过装载传统贵金属铂催化剂与本发明疏水改性贵金属铂催化剂的微型板式反应器后尾气中氢气浓度随时间变化比较。

图4为在潮湿氛围下经过装载传统贵金属催化剂与本发明疏水改性贵金属催化剂的微型板式反应器后尾气中氢气浓度随时间变化比较。

图中：1-第一气体质量流量计，2-止回阀，3-气体混合器，4-球阀，5-气体加湿器，6-微型板式反应器，7-电加热系统，8-热电偶，9-干燥器，10-气相色谱仪，11-第二气体质量流量计，61-上盖板，62-下盖板，63-入口，64-出口，65-封闭槽，66-通道板，67-螺栓孔。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

图1是一种燃料电池尾气催化处理的装置，所述装置包括气体混合器3，气体混合器3的入口分别与燃料电池阳极端的氢气出口管道和燃料电池阴极端的空气出口管道连接，气体混合器3的出口与微型板式反应器6连接，微型板式反应器6内部设置具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板，在微型板式反应器6的周围设置对反应器进行精确的控温加热系统7和热电偶8；在气体混合器3和燃料电池阳极端的氢气出口之间的管道上设置第一气体质量流量计1，在气体混合器3和燃料电池阴极端的空气出口之间的管道上设置第二气体质量流量计11；在气体混合器3与微型板式反应器6之间设置并联的两条管道，在两条管道上均设置有球阀，在其中的一条管道上的球阀后面设置有气体加湿器5，用于使混合气体在潮湿和干燥条件下切换。

所述微型板式反应器6内部催化反应区域长、宽、高分别为110mm、10mm、0.5mm，内部涂覆Pt-Al₂O₃催化剂，同时采用石墨垫圈进行密封，保证混合气不泄露。所述的微型板式反应器6周围有一套电热丝电加热系统7以及热电偶8，可以对反应器进行精确的控温，干燥器9与微型板式反应器6相连，以便引入的气体分析仪来测试排放氢气浓度。在上述主要部件的连接管道中间，都接有止回阀2，可以有效的防止突发火焰的传播。

图2是一种用于氢氧燃料电池尾气处理的催化燃烧装置的核心部分微型板式反应器6，其中区域通道板66为催化剂涂覆区域，封闭槽65为石墨垫圈密封区域，催化剂涂覆区域的尺寸为长、宽、高分别为110mm、10mm、0.5mm。

实施例1：一种燃料电池尾气催化处理的方法：

燃料电池阳极端的氢气和燃料电池阴极端的空气，分别经过气体质量流量计控制的氢气和空气的量，使两种气体混合后，进入气体混合器，然后进入微型板式反应器，在疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂的作用下，进行催化处理后，经气体分析仪来测试排放氢气浓度后，符合标准排入大气。

本实施例对15ml/min的氢氧混合气(4％氢气，96％空气)在使用传统催化剂和疏水改性催化剂情况下，对潮湿和干燥的预混气进行了对比处理实验。两种不同方法处理的氢气浓度随时间的变化结果见图3、4。

图3为在干燥氛围下经过装载传统贵金属铂催化剂与本发明疏水改性贵金属铂催化剂的微型板式反应器后尾气中氢气浓度随时间变化比较。

其中：(t＝303K,4％氢气,96％空气,和GHSV(体积空速)＝15000mlg^‐1h^‐1):(a)Pt-Al₂O₃,(b)5WM-Pt-Al₂O₃,(c)3WM-Pt-Al₂O₃,和(d)1WM-Pt-Al₂O₃。

在干燥条件下，实验起始阶段，亲水型Pt-Al₂O₃和改性1WM-Pt-Al₂O₃催化剂表现出相当高的活性，但是随着时间的积累，亲水型Pt-Al₂O₃活性逐渐降低，尾氢的浓度也越来越高，在140分钟达到了280ppm；改性1WM-Pt-Al₂O₃的活性随着长时间的运行，活性略有下降，尾氢浓度在120分钟时提升到51ppm；与前两者相比，改性3WM-Pt-Al₂O₃和5WM-Pt-Al₂O₃的初始活性略低，尾氢浓度分别为70、54ppm，在逐渐运行的过程中，尾氢浓度在120分钟左右分别上升到156、238ppm。

图4为在潮湿氛围下经过装载传统贵金属催化剂与本发明疏水改性贵金属催化剂的微型板式反应器后尾气中氢气浓度随时间变化比较。(t＝303K,4％氢气,96％空气,和GHSV＝15000mlg^-1h^-1):(a)Pt-Al₂O₃,(b)1WM-Pt-Al₂O₃,(c)3WM-Pt-Al₂O₃,和(d)5WM-Pt-Al₂O₃。

在潮湿氛围下，对几种催化剂进行了相同条件下的比对试验。亲水型Pt-Al₂O₃的尾氢浓度从15分钟左右的1250ppm上升到113分钟的4352ppm；在1WM-Pt-Al₂O₃上的变化也有此趋势，尾氢含量从14分钟的1010ppm迅速上升到135分钟的3838ppm；接触角均大于90°的3WM-Pt-Al₂O₃和5WM-Pt-Al₂O₃与上述二者不同，得益于较大的疏水角，两者的变化较为不明显，3WM-Pt-Al₂O₃尾氢浓度从12分钟的620ppm提高到124分钟的803ppm，而接触角更大的5WM-Pt-Al₂O₃尾氢浓度从5分钟的450ppm上升到130分钟的632ppm。

这一结果是因为疏水改性使得载体表面的性质发生了变化，Al₂O₃表面从亲水型转化为疏水型，尽管这一改变部分上遮蔽了Pt的活性中心的数量，但是对于产物水的迁移有明显的增强，同时也防止了产物水的积累对于催化剂活性中心的覆盖，利于反应的进行，在潮湿条件下表现的更为明显。

实施例2：一种具有经疏水改性Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板的涂层涂覆方法：

1)将氧化铝纳米粉料及浓硝酸溶液、去离子水经过称量(氧化铝粉料：浓硝酸：去离子水1g：0.8ml：3.8ml)，一并放置玻璃容器中，在室温下搅拌2小时直至形成均匀胶体，然后陈化3小时；取胶体，均匀的涂覆在有微槽道的铁铬铝板上，室温下陈化2小时，之后再将铁铬铝板放置在干燥箱干燥过夜，温度为110度；固化的催化剂涂层最后在马弗炉中煅烧2小时，温度为400度，炉冷至室温，真空封装保存；

2)配制氯铂酸乙醇溶液，对铁铬铝氧化铝涂层采用过量浸渍法进行贵金属铂负载，氯铂酸与乙醇的配比为1mg/1ml；铁铬铝氧化铝涂层经过12小时的浸泡，12小时110度干燥，以及450度焙烧1.5h，此后再重复一次上述的贵金属铂负载过程。随后采用350度氢气还原，贵金属铂负载过程完成，还原完成的Pt-Al₂O₃铁铬铝板真空封装保存待用；

3)对Pt-Al₂O₃铁铬铝板进行疏水处理，三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷(FAS)作为改性剂，将Pt-Al₂O₃铁铬铝板置于FAS乙醇溶液浸泡24小时，洗涤之后在100度温度条件下干燥6小时，此过程重3次，改性过程完成；FAS与无水乙醇的体积比为1:120。

所述得到的疏水型Pt-Al₂O₃涂层的物性为：贵金属铂负载量为2.8wt％(铂是铂和Al₂O₃总重量的2.8％)，涂层接触角分别129°(3WM-Pt-Al₂O₃)。

实施例3：一种具有经疏水改性Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板的涂层涂覆方法：

1)将氧化铝纳米粉料及浓硝酸溶液、去离子水经过称量(氧化铝粉料：浓硝酸：去离子水1g：1.2ml：4.2ml)，一并放置玻璃容器中，在室温下搅拌2小时直至形成均匀胶体，然后陈化3小时；取胶体，均匀的涂覆在有微槽道的铁铬铝板上，室温下陈化2小时，之后再将铁铬铝板放置在干燥箱干燥过夜，温度为110度；固化的催化剂涂层最后在马弗炉中煅烧2.2小时，温度为450度，炉冷至室温，真空封装保存；

2)配制氯铂酸乙醇溶液，对铁铬铝氧化铝涂层采用过量浸渍法进行贵金属铂负载，氯铂酸与乙醇的配比为1.25mg/1.25ml；铁铬铝氧化铝涂层经过12小时的浸泡，12小时110度干燥，以及400度焙烧2h，此后再重复一次上述的贵金属铂负载过程。随后采用350度氢气还原，贵金属铂负载过程完成，还原完成的Pt-Al₂O₃铁铬铝板真空封装保存待用；

3)对Pt-Al₂O₃铁铬铝板进行疏水处理，三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷(FAS)作为改性剂，将Pt-Al₂O₃铁铬铝板置于FAS乙醇溶液浸泡30小时，洗涤之后在100度温度条件下干燥6小时，此过程重5次，改性过程完成；FAS与无水乙醇的体积比为1:100。

所述得到的疏水型Pt-Al₂O₃涂层的物性为：贵金属铂负载量为2.8wt％(铂是铂和Al₂O₃总重量的2.8％)，涂层接触角分别150°(5WM-Pt-Al₂O₃)。

实施例4：一种具有经疏水改性Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板的涂层涂覆方法：

1)将氧化铝纳米粉料及浓硝酸溶液、去离子水经过称量(氧化铝粉料：浓硝酸：去离子水1.2g：1.5ml：5ml)，一并放置玻璃容器中，在室温下搅拌2小时直至形成均匀胶体，然后陈化2小时；取胶体，均匀的涂覆在有微槽道的铁铬铝板上，室温下陈化2小时，之后再将铁铬铝板放置在干燥箱干燥过夜，温度为110度；固化的催化剂涂层最后在马弗炉中煅烧2.2小时，温度为500度，炉冷至室温，真空封装保存；

2)配制氯铂酸乙醇溶液，对铁铬铝氧化铝涂层采用过量浸渍法进行贵金属铂负载，氯铂酸与乙醇的配比为0.75mg/0.75ml；铁铬铝氧化铝涂层经过12小时的浸泡，12小时110度干燥，以及400度焙烧2h，此后再重复一次上述的贵金属铂负载过程。随后采用350度氢气还原，贵金属铂负载过程完成，还原完成的Pt-Al₂O₃铁铬铝板真空封装保存待用；

3)对Pt-Al₂O₃铁铬铝板进行疏水处理，三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷(FAS)作为改性剂，将Pt-Al₂O₃铁铬铝板置于FAS乙醇溶液浸泡12小时，洗涤之后在100度温度条件下干燥6小时，此过程重1次，改性过程完成；FAS与无水乙醇的体积比为1:150。

所述得到的疏水型Pt-Al₂O₃涂层的物性为：贵金属铂负载量为2.7wt％(铂是铂和Al₂O₃总重量的2.7％)，涂层接触角分别65°(1WM-Pt-Al₂O₃)。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种燃料电池尾气催化处理的装置，其特征在于：所述装置包括气体混合器(3)，所述气体混合器(3)的入口分别与燃料电池阳极端的氢气出口管道和燃料电池阴极端的空气出口管道连接，所述气体混合器(3)的出口与微型板式反应器(6)连接，所述微型板式反应器(6)内部设置具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板(66)，在所述微型板式反应器(6)的周围设置对反应器进行精确的控温加热系统(7)和热电偶(8)，所述氢气和空气通过气体混合器(3)混合后，进入微型板式反应器(6)中催化处理，排入大气。

2.根据权利要求1所述燃料电池尾气催化处理的装置，其特征在于，在所述气体混合器(3)和燃料电池阳极端的氢气出口之间的管道上设置第一气体质量流量计(1)，在所述气体混合器(3)和燃料电池阴极端的空气出口之间的管道上设置第二气体质量流量计(11)。

3.根据权利要求1所述燃料电池尾气催化处理的装置，其特征在于，在所述气体混合器(3)与微型板式反应器(6)之间设置并联的两条管道，在所述两条管道上均设置有球阀，在其中的一条管道上的球阀后面设置有气体加湿器(5)，用于使混合气体在潮湿和干燥条件下切换。

4.根据权利要求1所述燃料电池尾气催化处理的装置，其特征在于，在所述微型板式反应器(6)后面依次连接用于干燥反应尾气的干燥器(9)和用于对气体含量进行测量的气相色谱仪(10)。

5.根据权利要求1所述燃料电池尾气催化处理的装置，其特征在于，所述通道板(66)为带有槽道的铁铬铝板。

6.根据权利要求1所述燃料电池尾气催化处理的装置，其特征在于，所述的微型板式反应器(6)设置有上盖板(61)和下盖板(62)，在所述上盖板(61)上设置有混合气体的入口(63)和出口(64)，在所述上盖板(61)和下盖板(62)之间设置具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板(66)，在通道板(66)周围设置用于使混合气体不泄露的封闭槽(65)，所述上盖板(61)和下盖板(62)通过螺栓固定。

7.根据权利要求1所述燃料电池尾气催化处理的装置，其特征在于，所述经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂通过将负载Pt的氧化铝涂覆在铁铬铝板上，经疏水处理而制得；所述金属铂的负载量为2.5-3wt％，以铂和Al₂O₃总质量计。

8.根据权利要求1所述燃料电池尾气催化处理的装置，其特征在于，所述具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板(66)通过以下步骤而涂覆制得：

1)将氧化铝纳米粉料及浓硝酸溶液、去离子水混合，所述氧化铝粉料:浓硝酸:去离子水＝0.5-1.5g:0.5-1.5ml:3-5ml，搅拌形成胶体，涂覆在具有槽道的铁铬铝板上，干燥，于400-500℃煅烧1.5-2.5h，冷至室温，得到氧化铝涂层，真空封装保存；

2)将氯铂酸与乙醇按配比为0.5-1.5mg/0.5-1.5ml，配制成氯铂酸乙醇溶液；将步骤(1)所述得到的氧化铝涂层浸泡，干燥，于400-500℃煅烧1.5-2.5h，再重复上述过程后，用氢气还原，得到Pt-Al₂O₃铁铬铝板保存待用；

3)对步骤(2)所得Pt-Al₂O₃铁铬铝板疏水处理，将所述Pt-Al₂O₃铁铬铝板置于三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷乙醇溶液中浸泡12-36h，洗涤，干燥，此过程重复1-5次，得到具有经疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂涂层的通道板。

9.一种燃料电池尾气催化处理的方法，其特征在于，所述方法应用权利要求1-7所述的催化处理的装置，包括如下步骤：

燃料电池阳极端的氢气和燃料电池阴极端的空气，分别经过气体质量流量计控制的氢气和空气的量，使两种气体混合后，进入气体混合器，然后进入微型板式反应器，在疏水改性的Pt-Al₂O₃催化剂的作用下，进行催化处理后，经气体分析仪来测试排放氢气浓度后，符合标准排入大气。