化学循环干气重整用催化—载氧双功能材料的构建及反应特性研究

发布时间：2020-08-24 08:01

【摘要】：化学循环干气重整(CLDR)作为一种新型的CO2捕集技术,它既可以实现含碳燃料的高效利用,又可以实现CO2的廉价捕集和定向转化。在CLDR系统中,决定其运转的关键是氧载体,其实质就是氧化还原催化剂。因此,本文就CLDR系统用催化-载氧双功能材料从微观结构、氧移动能力等方面进行探索研究,力图为开发出高效高活性的氧载体提供一些科学依据。采用共沉淀法制备了铁基氧化物(Fe2O3/Al2O3)、钙钛矿(ABO3)以及铁基六铝酸盐(LaFe3Al9O19)三种不同的氧载体,并且将其焙烧至不同温度。对不同系列的氧载体通过XRD、BET以及SEM等手段进行表征,分析其物化性能。根据反应需要自主设计并搭建了一套化学循环干气重整用实验设备,并且使用该设备对所制备的氧载体进行活性评价,考察了反应过程中甲烷转化率、氢气选择性、失去晶格氧后活化C02的能力以及循环稳定性,并与其物化性能进行关联分析。研究发现：对于铁基氧化物,适度温度焙烧(900℃～1000℃)的氧载体有较高且稳定的转化活性,高温焙烧的样品出现了大面积的严重烧结从而影响了催化活性。钙钛矿样品虽然其比表面积小,但是无论是反应活性还是稳定性都优于铁基氧化物,尤其是在循环实验中,焙烧温度为1100℃的钙钛矿样品呈现出了很高的反应活性和循环稳定性,其对甲烷的转化率始终保持在60%以上。但是,在多次实验中发现钙钛矿会出现坍塌现象。相比与铁基氧化物和钙钛矿,铁基六铝酸盐呈现出了良好的活性以及高温稳定性。即使当焙烧温度达到1200℃时,铁基六铝酸盐依然保持有高的比表面积(10 m2/g),是相同焙烧温度下铁基氧化物的3倍。焙烧温度为1000℃～1100℃的样品均呈现出高的甲烷转化率和高的氢气选择性,在反应的前7 min,1000℃的样品都保持有100%的甲烷转化率。特别地,即使当焙烧温度达到1200℃,铁基六铝酸盐也呈现出高的氢气选择性,在反应的10 min内就达到了90%以上。这是由于六铝酸盐的独特结构使得其在高温焙烧下依然含有大量的晶格氧,因此具有良好的反应活性。总之,综合比较抗烧结能力、反应活性以及循环稳定性,铁基六铝酸盐都较钙钛矿和铁基氧化物呈现出了良好的性能。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ426;TB34
【图文】：

自主设计,反应装置,实物,实验室

图２－３装置实图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｒｅａｌ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑图２－３为本人在实验室自主设计并搭建的反应装置实物图。该套反应装置经过调试逡逑己经投入使用，并且稳定性较好，反应炉最高可程序升温至ｉｏｏｏ°ｃ，可Ｗ为ｙｘ后考察逡逑反应温度对氧载体活性レッ及选择性的影响提供一个保障。逡逑２３逡逑

SEM图,样品,铁基,氧化物

观察其电镜图片我们可Ｗ看到，铁基氧化物在巧烧温度达到１２００邋°ｃ的时候出现了逡逑面积的严重烧结现象，并且通过ＢＥＴ测试可知当倍烧温度达到１２００邋°Ｃ时其比表面剧减小至２邋ｍ２／ｇ。由此我们可Ｗ得到结论：铁基氧化物作为催化－载氧双功能材料，

曲线,曲线,氧载体,氨气

而qi烧温度为１１００邋°Ｃ、１２００。０样品的比表面积降至２？７邋ｍ２／ｇ也证实了此点。逡逑总之，适度温度（９００°Ｃ￣１０００°Ｃ）qi烧的氧载体保持有较高的甲烧转化率。逡逑在甲q<与氧载体的反应过程中，我们还考察了氨气的选择性，图３－４为氨气的选择逡逑性图。逡逑１００邋逦逦逡逑９０邋＿邋—５００作逡逑．７００0Ｃ逡逑８０邋－逦９００°Ｃ逦一＂４逡逑■逦１０００°Ｃ逡逑７０邋－逦１１００0Ｃ逦＾逡逑《６０邋１逦口00。［逡逑栻５。；邋严逡逑Ｉ：；逡逑２。：逡逑Ｑ逦—．邋Ｉ邋？邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．逡逑０逦２逦４逦６逦８逦１０逦１２逦１４逦１６逦１８逡逑Ｔｉｍｅ／ｍｉｎ逡逑图３－４邋＆的选择性曲线逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－４邋Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ邋Ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋Ｈｉ逡逑２８逡逑

【参考文献】