学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Ni-M/Al_2O_3-SiO_2乙醇水蒸气催化重整制氢

作　者: 周文昌
导　师: 张金利
学　校: 天津大学
专　业: 生物化工
关键词: 制氢乙醇水蒸气重整镍基催化剂
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 108次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

目前,乙醇水蒸气重整制氢是燃料电池氢源技术中的研究热点问题之一,研制低温活性好、氢气选择性高以及稳定性好的催化剂是其中的关键环节之一。为了提高Ni/Al₂O₃-SiO₂催化剂的性能,本实验在Ni基催化剂中添加第二种金属来改进催化剂的结构和催化性能。反应条件如下:水醇比为4:1,空速为LSHV=8mlg-1h-1 ,反应温度为350℃-650℃;在催化剂中掺杂Cu、Co、La、Y和Zr五种金属制成Ni-M/Al₂O₃-SiO₂（M=Co,Cu,La,Y和Zr）催化剂,发现Cu、Co、La和Y对Ni/Al₂O₃·SiO₂催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢反应有显著的促进作用,尤其是30Ni5Co催化剂显示出最高的氢气选择性,30Ni5Co催化剂相对于30Ni催化剂而言有较低的CO选择性。通过TPR分析说明在Al₂O₃载体中加入Si能够降低Ni与载体Al₂O₃之间的相互作用。在30Ni催化剂中加入Cu和Co可以使催化剂易于还原,30Ni5La催化剂中Ni主要是以高度分散的非化学计量比的无定形镍-铝酸盐尖晶石形式存在。通过XPS分析Co氧化物被彻底还原为单质Co,30Ni5Cu催化剂中的Cu氧化物（以CuO和/或CuAl2O4和/或CuSiO3形式存在）被还原为金属Cu0和/或Cu+,还原后30Ni5Y和30Ni5Zr催化剂中仍旧包含Y3+和Zr4+。通过XRD分析说明在载体Al₂O₃中加入Si可以减弱载体Al₂O₃与金属离子之间的相互作用,降低催化剂的还原温度,30Ni5Co催化剂是进行原位还原。同时对于30Ni5La催化剂而言,NiO的晶粒尺寸大大小于30Ni和30Ni5Co催化剂的晶粒尺寸,这说明La能促进Ni更好分散于载体中。NH3的TPD分析当催化剂中加入Co之后,催化剂的酸性强度下降了20%。对30Ni5La/Al₂O₃·SiO₂增加水乙醇的摩尔比从3到12,可提高氢气选择性,降低甲烷选择性,当摩尔比超过5时,没有CO生成。空速从2.0 mlh^-1g^-1增加到14.0 mlh^-1g^-1,氢气的选择性逐渐降低。温度超过300℃乙醇完全转化换,氢气的选择性随温度的提高而增大,温度在600℃时选择性已经达到90%(空速=8.0mlg^-1h^-1,水醇摩尔比=4)。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
前言  7-8
第一章文献综述  8-24
  1.1 乙醇水蒸气重整制氢的研究目的和意义  8-13
    1.1.1 氢能源的地位  8
    1.1.2 制备氢气的方法  8-11
    1.1.3 燃料电池  11-13
    1.1.4 乙醇制氢的意义  13
  1.2 乙醇水蒸气重整制氢的方法及机理  13-15
  1.3 乙醇水蒸气重整制氢现阶段的研究进展  15-23
    1.3.1 热力学研究  16-17
    1.3.2 水和乙醇比R的影响  17-19
    1.3.3 不同载体的影响  19-21
    1.3.4 不同活性物质的影响  21-23
  1.4 论文工作的提出  23-24
第二章实验部分  24-32
  2.1 实验所用原料  24-25
    2.1.1 反应与色谱用气  24
    2.1.2 制备催化剂用原料  24-25
  2.2 催化剂制备  25-26
  2.3 催化剂的活性评价  26-29
    2.3.1 催化剂的活性评价装置流程图  26-27
    2.3.2 分析方法  27-28
    2.3.3 催化剂活性评价实验步骤  28-29
   2.4 催化剂活性评价指标  29
  2.5 产物分析  29-30
    2.5.1 色谱分析法  29
    2.5.2 相对校正因子的测定  29-30
  2.6 实验所用的催化剂表征方法  30-32
    2.6.1 X射线衍射（XRD）分析  30
    2.6.2 X射线光电子能谱（XPS）分析  30
    2.6.3 热重/差热（TG/DTA）分析  30-31
    2.6.4 比表面（BET）分析  31
    2.6.5 显微结构（SEM）分析  31
    2.6.6 TPR还原  31
    2.6.7 透射电镜（TEM）分析  31-32
第三章结果与讨论  32-56
  3.1 第二金属组分对Ni/Al_2O_3-SiO_2催化剂的影响  32-44
    3.1.1 Co含量的影响  33-36
    3.1.2 Cu含量的影响  36-38
    3.1.3 第二金属催化剂体系的TPR分析  38-40
    3.1.4 第二金属催化剂表面组成及化学价态分析  40-41
    3.1.5 第二金属催化剂体系的X射线衍射(XRD)表征  41-44
    3.1.6 第二金属催化剂体系的NH_3(TPD)表征的  44
  3.2 焙烧温度对催化剂活性的影响  44-47
    3.2.1 不同焙烧温度的催化剂XRD表征  46-47
    3.2.2 不同焙烧温度的催化剂TEM表征  47
  3.3 反应温度对催化剂活性的影响  47-54
    3.3.1 催化剂30Ni5Co的性能分析  48-50
    3.3.2 催化剂30Ni5Cu的性能分析  50-51
    3.3.3 催化剂30Ni5La的性能分析  51-53
    3.3.4 催化剂的热重分析  53-54
  3.4 空速对催化剂活性的影响  54-55
  3.5 水/乙醇比对催化剂活性的影响  55-56
第四章结论  56-57
参考文献  57-61
攻读硕士期间论文发表与参加科研情况  61-62
致谢  62

Ni-M/Al_2O_3-SiO_2乙醇水蒸气催化重整制氢

内容摘要

全文目录

相似论文