负载型钴基催化剂的制备及其催化硼氢化钠水解制氢的性能

发布时间：2017-07-26 22:20

  本文关键词：负载型钴基催化剂的制备及其催化硼氢化钠水解制氢的性能

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【摘要】：化石燃料的消耗和环境的污染激发了人们寻找可再生绿色能源的兴趣。氢气由于能量密度高、燃烧效率理想、产物无污染等特点被公认为是最有吸引力的能量载体之一。氢气作为传统燃料的替代者已经被广泛应用于质子交换膜燃料电池和其他各种燃料电池中。钴基催化剂催化硼氢化钠水解制氢具有成本低、氢气产生速率快和制氢纯度高等优点。本文用化学镀法制备了负载型钴基催化剂Co W P/γ-Al2O3、Co Ni W P/γ-Al2O3和Co Ni Mo P/γ-Al2O3,并探究了它们催化硼氢化钠水解制氢的性能,主要内容包括以下几个方面:(1)采用化学镀法在氧化铝载体上负载了Co W P合金催化剂。本章以硼氢化钠水解制氢反应为模型,探究了催化剂的制备条件与硼氢化钠的水解条件对催化剂催化性能的影响。化学镀时间为360 s,Co SO4/Na2WO4浓度比为3:7时制备的催化剂表现出良好的催化性能,并且其比表面积达到256 m2g-1。45 oC下,在含10 wt.%Na OH和4 wt.%Na BH4的溶液中加入1.5 g的Co W P/γ-Al2O3催化剂测得最高氢气产生速率是11.82 L min-1 g催化剂-1。当催化剂循环使用六次之后,催化硼氢化钠水解制氢的速率仍然达到7.90 L min-1 g催化剂-1。与报道的其它催化剂相比,Co W P/γ-Al2O3催化剂表现出较低的活化能(49.58 k J mol-1)。(2)采用化学镀法在氧化铝载体上负载了Co Ni W P合金催化剂。该催化剂催化硼氢化钠水解制氢的最佳Na OH和Na BH4浓度分别为10 wt.%、7 wt.%。催化剂中添加W对硼氢化钠水解制氢反应具有显著的促进作用,当化学镀220 s、Na2WO4浓度为1.5 g L-1时,所制备出的Co Ni W P/γ-Al2O3催化剂的催化活性最高。Co Ni W P/γ-Al2O3催化剂与Co Ni P/γ-Al2O3催化剂对比发现前者表现出更好的催化活性。而且,Co Ni W P/γ-Al2O3催化剂还表现出较低的活化能(49.19 k J mol-1)和更为优异的循环使用性能。Co Ni W P/γ-Al2O3催化剂经过五次循环使用之后仍然略高于首次催化硼氢化钠水解制氢的速率,这可能得益于催化剂粒子尺寸的降低。(3)采用化学镀法在氧化铝载体上负载了Co Ni Mo P合金催化剂。研究结果表明该催化剂催化硼氢化钠水解制氢的最佳Na OH和Na BH4浓度分别为10 wt.%和7 wt.%。在Co Ni P催化剂中添加Mo对硼氢化钠水解制氢反应具有明显的促进作用。当化学镀360 s、Na2Mo O4浓度为0.8 g L-1时制备的Co Ni Mo P/γ-Al2O3催化剂的氢气产生速率最高可达13.842 L min-1 g催化剂-1,BET测试表明该催化剂的比表面积为259 m2 g-1。硼氢化钠水解制氢反应动力学参数Ea,△H#和△S#计算结果分别为52.43 k J mol-1,49.86 k J mol-1和-14.47 J mol-1 K-1。此外,Co Ni Mo P/γ-Al2O3催化剂还表现出了优异的循环使用性能,5次循环后的氢气产生速率仅比首次降低了20%。
【关键词】：氢气 化学镀 催化剂 硼氢化钠 水解
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-28
• 引言10
• 1.1 氢的研究现状10-16
• 1.1.1 氢的特点10-11
• 1.1.2 氢的制取11-12
• 1.1.3 氢的存储12-15
• 1.1.4 氢的应用15-16
• 1.2 硼氢化钠催化水解制氢16-22
• 1.2.1 硼氢化钠水解制氢的机理17-18
• 1.2.2 硼氢化钠水解制氢催化剂活性的影响因素18-20
• 1.2.3 硼氢化钠水解制氢的动力学研究20-21
• 1.2.4 硼氢化钠水解制氢存在的问题与对策21-22
• 1.3 化学镀技术22-26
• 1.3.1 化学镀机理23-25
• 1.3.2 化学镀反应的动力学25-26
• 1.3.3 化学镀制备催化剂催化硼氢化钠水解制氢的研究进展26
• 1.4 本课题研究的内容及意义26-28
• 第二章 实验部分28-34
• 2.1 实验药品及仪器28-29
• 2.1.1 实验药品28
• 2.1.2 实验仪器28-29
• 2.2 化学镀法制备催化剂29-32
• 2.2.1 化学镀基体的前处理工艺29-30
• 2.2.2 化学镀法制备催化剂的实验步骤30-31
• 2.2.2.1 化学镀法制备Co W P/γ-Al_2O_3催化剂30
• 2.2.2.2 化学镀法制备Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化剂30-31
• 2.2.2.3 化学镀法制备Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化剂31
• 2.2.3 催化剂制备的的工艺流程图31-32
• 2.3 催化剂的表征方法32-33
• 2.3.1 能量色散X射线谱仪(EDS)32
• 2.3.2 X射线衍射(XRD)32
• 2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)32
• 2.3.4 全自动比表面分析仪(BET)32
• 2.3.5 X射线光电子能谱仪(XPS)32
• 2.3.6 电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)32-33
• 2.4 催化剂催化性能测试33-34
• 第三章 负载型Co W P/γ-Al_2O_3催化剂催化硼氢化钠水解制氢性能表征34-46
• 3.1 引言34-35
• 3.2 实验结果与讨论35-44
• 3.2.1 Co W P/γ-Al_2O_3催化剂的物理表征35-37
• 3.2.2 Co W P/γ-Al_2O_3催化剂催化硼氢化钠水解制氢的研究37-44
• 3.2.2.1 NaOH浓度的影响37-38
• 3.2.2.2 NaBH_4浓度的影响38-39
• 3.2.2.3 化学镀时间的影响39
• 3.2.2.4 CoSO_4/Na_2WO_4浓度比例的影响39-40
• 3.2.2.5 催化剂用量的影响40-41
• 3.2.2.6 Co W P/γ-Al_2O_3催化剂的动力学探究41-43
• 3.2.2.7 Co W P/γ-Al_2O_3催化剂循环使用性能的研究43-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第四章 负载型Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化剂催化硼氢化钠水解制氢性能表征46-58
• 4.1 引言46-47
• 4.2 结果与讨论47-56
• 4.2.1 Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化剂的物理表征47-49
• 4.2.2 Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化剂催化硼氢化钠水解制氢的研究49-56
• 4.2.2.1 Na_2WO_4浓度的影响49-50
• 4.2.2.2 化学镀时间的影响50-51
• 4.2.2.3 NaOH浓度的影响51
• 4.2.2.4 NaBH_4浓度的作用51-52
• 4.2.2.5 催化剂用量的影响52-53
• 4.2.2.6 可能的反应机制和反应级数53-54
• 4.2.2.7 Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化剂的动力学探究54-55
• 4.2.2.8 Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化剂循环使用性能的研究55-56
• 4.3 本章小结56-58
• 第五章 负载型Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化剂催化硼氢化钠水解制氢性能表征58-70
• 5.1 引言58-59
• 5.2 结果与讨论59-68
• 5.2.1 Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化剂的物理表征59-61
• 5.2.2 Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化剂催化硼氢化钠水解制氢的研究61-68
• 5.2.2.1 NaOH浓度的影响61-62
• 5.2.2.2 NaBH_4浓度的影响62-63
• 5.2.2.3 化学镀时间的影响63
• 5.2.2.4 催化剂用量的影响63-64
• 5.2.2.5 Na_2MoO_4浓度的影响64-66
• 5.2.2.6 Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化剂的动力学研究66-67
• 5.2.2.7 Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化剂的循环使用性能67-68
• 5.3 本章小结68-70
• 论文总结70-72
• 参考文献72-84
• 致谢84-86
• 攻读学位期间已发表或待发表的相关论文86-88
• 参与的科研项目88-89
• 所获荣誉及奖励89-92
• 青岛科技大学研究生学位论文电子版提交单92

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