镍基金属催化剂的制备及其对水合肼的催化产氢研究
发布时间：2017-09-13 05:21
本文关键词：镍基金属催化剂的制备及其对水合肼的催化产氢研究
【摘要】：氢是一种清洁能源,以氢为燃料可以实现碳的零排放,将其应用于氢燃料电池可以大大提高能量转化率。在当前环境恶化、能源枯竭的情况下,开发利用氢能具有一定的积极意义。水合肼(N2H4·H2O)是一种高含氢化合物(12.5wt%),它完全分解的产物只有氢气和氮气,不会产生危害环境的副产物。利用水合肼制氢拥有光明的前景,而控制水合肼分解的关键环节是开发高效的肼分解催化剂。本文在常温常压下采用液相共还原法,以氯化镍和氯化铈为前驱物,硼氢化钠为还原剂,合成了不同镍/氧化铈配比的肼分解催化剂,试验考查了不同镍／氧化铈配比、氢氧化钠浓度、温度等因素对催化剂催化分解水合肼性能的影响。试验结果表明：镍/氧化铈的物质的量之比为9：1时催化性能最佳,且催化反应体系中氢氧化钠浓度大于等于0.5mol/L,反应温度为70℃时,Ni9-Ce02催化剂催化分解水合肼的氢气选择性在99%以上,转化频率为50.0h-1。通过表征分析发现Ni9-Ce02催化剂的晶体构型为镍的面心立方构型,晶体粒径为21.8nm,催化剂本体为多孔结构,且能够分散悬浮在水相反应液中。氧化铈不但可以阻止镍纳米颗粒的大规模团聚,还能够与镍产生协同作用,提高催化剂的氢气选择性和转化频率。在镍-氧化铈催化剂的基础上,合成了不同钼添加量的镍钼-氧化铈催化剂,并试验考查了钼添加量、氢氧化钠浓度、温度等因素对催化剂催化分解水合肼性能的影响。镍钼-氧化铈催化剂中镍/钼/氧化铈的配比为9：2：1时催化水合肼的性能最佳,且催化反应体系中氢氧化钠浓度大于等于0.5mol/L,反应温度为70℃时,Ni9Mo2-CeO2催化剂催化分解水合肼的氢气选择性在99%以上,其转化频率高达65.5h-1。通过表征分析发现Ni9Mo2-CeO2催化剂的晶体构型仍为镍的面心立方构型,晶体粒径为10.4nm,催化剂本体为不规则颗粒状,且能够分散悬浮在水相反应液中。在催化剂中加入适量的钼可以通过结晶干扰作用减小催化剂的晶体粒径,并阻止纳米颗粒的聚集,提高催化剂的分散度和活性位点数量,从而加强催化剂活性；而过量的钼会使催化剂颗粒结成板块,降低催化剂的催化活性。在催化反应试验中,氢氧化钠存在下的强碱性环境不但可以阻止肼分解的副反应产生碱性气体-氨(NH3),提高催化剂选择性,还能够通过阻碍水合肼水解逆反应的发生而加快催化反应进程。
【关键词】：镍 氧化铈 钼 催化剂 水合肼 氢
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ116.2;TQ426
【目录】：
- 学位论文的主要创新点3-4
- 摘要4-5
- Abstract5-10
- 第一章 绪论10-34
- 1.1 催化剂10-20
- 1.1.1 催化剂概述10-13
- 1.1.1.1 催化剂与催化作用11
- 1.1.1.2 催化剂的选择性11-12
- 1.1.1.3 催化反应的类型12-13
- 1.1.2 金属催化剂13-16
- 1.1.2.1 金属催化剂概述13-14
- 1.1.2.2 过渡金属催化剂14
- 1.1.2.3 化学吸附与催化作用14-16
- 1.1.3 催化剂的制备方法16-20
- 1.1.3.1 沉淀法16
- 1.1.3.2 浸渍法16-17
- 1.1.3.3 热分解法17-18
- 1.1.3.4 熔融法18
- 1.1.3.5 还原法18-20
- 1.2 催化制氢20-23
- 1.2.1 氢能的特点20
- 1.2.2 催化制氢的方法20-21
- 1.2.3 液相化学制氢21-23
- 1.3 水合肼催化制氢23-31
- 1.3.1 水合肼基本性质23-24
- 1.3.2 水合肼的合成方法24
- 1.3.3 水合肼催化制氢研究现状24-31
- 1.4 本文主要研究内容31-32
- 1.5 本文创新点32-34
- 第二章 试验部分34-44
- 2.1 试验仪器与药品34-35
- 2.1.1 试验仪器34
- 2.1.2 试验药品34-35
- 2.2 催化剂制备与分析方法35-44
- 2.2.1 催化剂的制备35-37
- 2.2.2 催化试验37-38
- 2.2.3 表征和分析方法38-44
- 2.2.3.1 催化剂的表征38-39
- 2.2.3.2 分析方法39-44
- 第三章 镍-氧化铈催化剂对水合肼的催化降解44-60
- 3.1 镍-氧化铈催化剂的表征44-50
- 3.1.1 X射线衍射44-46
- 3.1.2 电子显微镜46-49
- 3.1.3 X射线光电子能谱49-50
- 3.2 镍基催化剂催化分解肼的基本原理50-51
- 3.3 催化性能试验51-57
- 3.3.1 镍/氧化铈比例对催化性能的影响51-53
- 3.3.2 氢氧化钠浓度对催化性能的影响53-54
- 3.3.3 反应温度对催化性能的影响54-55
- 3.3.4 稳定性试验55-56
- 3.3.5 镍-氧化铈与镍-氧化镧的性能比较56-57
- 3.4 本章小结57-60
- 第四章 镍钼-氧化铈催化剂对水合肼的催化降解60-76
- 4.1 镍钼-氧化铈催化剂的表征60-65
- 4.1.1 X射线衍射60-61
- 4.1.2 电子显微镜61-64
- 4.1.3 X射线光电子能谱64-65
- 4.2 催化性能试验65-70
- 4.2.1 钼加入量对催化性能的影响65-67
- 4.2.2 镍/氧化铈的比例对催化性能的影响67-68
- 4.2.3 氢氧化钠浓度对催化性能的影响68-69
- 4.2.4 温度对催化性能的影响69-70
- 4.3 其它因素对催化性能的影响70-75
- 4.3.1 锌、铜、钴对催化性能的影响70-71
- 4.3.2 表面活性剂对催化性能的影响71-73
- 4.3.3 搅拌方式对催化性能的影响73-74
- 4.3.4 稳定性试验74-75
- 4.4 本章小结75-76
- 第五章 结论与展望76-80
- 5.1 结论76-77
- 5.2 展望77-80
- 参考文献80-88
- 发表论文和参加科研情况说明88-90
- 致谢90
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