学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

纳米构筑Ni/ZrO_2催化剂在乙醇水蒸汽重整制氢中的研究

作　者: 李水荣
导　师: 马新宾
学　校: 天津大学
专　业: 化学工艺
关键词: 生物乙醇水蒸汽重整制氢镍基催化剂稳定性纳米构筑催化剂
分类号: TQ116.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 80次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

采用生物质乙醇水蒸汽重整制氢供给氢能燃料电池,具有原料可再生、产品气体中H₂含量高、系统能量效率高等优点。开发活性高、稳定性好的Ni基催化剂,是该工艺实现工业化的一个重要途径及努力方向。本文旨在开发一种新型的纳米构筑Ni基催化剂,可以在乙醇蒸汽重整制氢中获得较好的催化活性和稳定性。采用化学沉淀法制备了分别具有约50 nm、25 nm和10 nm尺度水平的ZrO₂颗粒。采用湿法浸渍的方法制得活性金属与氧化物载体的相对尺度大于普通催化剂（≤1:10）的纳米构筑Ni/ZrO₂催化剂。在固定床反应器中对催化剂的活性和稳定性进行测试,并对催化剂进行初步的表征,为下一步深入研究开发这种新型催化剂打下基础。TEM分析结果表明,NZ-1、NZ-2、NZ-3催化剂中,活性金属颗粒与载体氧化物颗粒的相对尺度分别约为1:6、1:2和1:1。H₂-TPR分析结果显示,随着活性金属与载体氧化物间相对尺度的增大,两者之间的相互作用也在增强。长时间（150 h）的活性测试结果表明,纳米构筑的NZ-1、NZ-2、NZ-3催化剂对乙醇水蒸汽重整制氢都能表现出较好的催化活性和稳定性。催化剂在反应过程中能保持对乙醇的完全转化,并且保持每1 mol乙醇进料,可以催化转化产生4.5 mol H₂、1.0 mol CO2、0.9 mol CO和0.1 mol CH4。在相对较高的空速下进行的稳定性测试结果表明,随着活性金属和载体氧化物颗粒相对尺度的增大,其对乙醇水蒸汽重整制氢的催化稳定性也增强。TG分析结果表明,在150 h的稳定性测试之后,催化剂的表面都形成了较多的积炭,NZ-2具有较多的碳物种。XRD分析结果表明,NZ-3较好的稳定性得益于其活性金属与载体氧化物之间较强的相互作用。

全文目录

中文摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
前言  6-7
第一章绪论  7-17
  1.1 乙醇制氢的意义及特点  7-9
    1.1.1 “氢经济时代”的到来  7-8
    1.1.2 燃料电池氢源技术  8-9
  1.2 乙醇水蒸汽重整制氢  9-11
  1.3 乙醇水蒸汽重整制氢催化剂研究现状分析  11-14
    1.3.1 氧化物负载型贵金属催化剂  11-12
    1.3.2 负载型非贵金属催化剂  12-14
    1.3.3 氧化物催化剂  14
  1.4 面临的科学问题及其现实意义  14-15
  1.5 论文工作的提出  15-17
第二章实验部分  17-25
  2.1 纳米构筑催化剂的设计与催化剂制备方法的选择  17-18
    2.1.1 氧化物载体的设计与选择  17
    2.1.2 氧化物载体制备方法的选择  17-18
  2.2 实验原料及规格  18-19
  2.3 催化剂制备  19
    2.3.1 ZrO_2 粉体制备  19
    2.3.2 活性组分的负载及催化剂成型  19
  2.4 催化剂活性评价  19-23
    2.4.1 实验装置及流程  19-20
    2.4.2 催化剂活性评价反应条件  20-21
    2.4.3 分析方法  21-22
    2.4.4 催化剂活性评价指标  22-23
  2.5 催化剂表征  23-25
    2.5.1 热失重分析  23
    2.5.2 DSC 分析  23
    2.5.3 TEM 分析  23
    2.5.4 比表面积及孔结构分析  23-24
    2.5.5 XRD 分析  24
    2.5.6 TPD、TPR 分析  24-25
第三章纳米构筑Ni/ZrO_2催化剂的制备及其表征  25-40
  3.1 不同尺度的ZrO_2 粉体制备及其表征  25-32
    3.1.1 化学沉淀法制备ZrO_2 粉体过程焙烧温度的确定  25-26
    3.1.2 ZrO_2 粉体的比表面积测定  26-27
    3.1.3 ZrO_2 粉体的TEM 分析  27-28
    3.1.4 ZrO_2 粉体的XRD 分析  28-30
    3.1.5 ZrO_2 粉体的酸碱性质分析  30-32
  3.2 纳米构筑Ni/ZrO_2 催化剂的制备及其表征  32-40
    3.2.1 湿法浸渍负载Ni 前驱体焙烧温度的确定  32-33
    3.2.2 比表面积及孔结构分析  33-35
    3.2.3 TEM 分析  35-36
    3.2.4 H_2-TPR 分析  36-38
    3.2.5 XRD 分析  38-40
第四章纳米构筑Ni/ZrO_2催化剂活性及其稳定性  40-59
  4.1 反应条件的选择  40-44
    4.1.1 反应温度的选择  40-43
    4.1.2 反应压力的选择  43
    4.1.3 进料配比的选择  43-44
  4.2 催化剂活性及稳定性  44-54
    4.2.1 催化剂长时间稳定性测试  44-48
    4.2.2 高空速下催化剂活性及稳定性测试  48-54
  4.3 催化反应活性下降原因的初步分析和探讨  54-59
    4.3.1 积炭产生原因分析与探讨  54-56
    4.3.2 反应后催化剂积碳的TG 分析  56-57
    4.3.3 反应前后催化剂的XRD 分析  57-59
第五章结论  59-60
参考文献  60-66
发表论文和科研情况说明  66-67
致谢  67

纳米构筑Ni/ZrO_2催化剂在乙醇水蒸汽重整制氢中的研究

内容摘要

全文目录

相似论文