生物质油自热重整转化制氢的镍基催化剂研究

发布时间：2017-09-29 22:31

  本文关键词：生物质油自热重整转化制氢的镍基催化剂研究

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【摘要】：生物质热解获得生物质油,并通过催化重整将生物质油催化转化成清洁的二次能源氢能,是一种碳中性的规模化获取氢能的有效途径。针对现有生物质油水蒸气催化重整制氢过程强吸热反应的特点和积炭失活的问题,引入了自热重整过程,氧气的加入不仅有助于平衡反应热,同时还有利于燃烧积炭。本文选择以自热重整的制氢的方式,生物质油中典型组分乙酸为模型化合物,设计制备了具有有序介孔的Ni-Sm-Al和Ni-Y-Zr的镍基催化剂,分别用于乙酸自热重整制氢的反应体系中,并探讨了反应温度、制备方法、助剂Sm、Y的添加对乙酸自热重整过程催化活性、稳定性及积炭的影响。本文采用蒸发自组装法和浸渍法分别制备了有序介孔的Ni-Sm-Al催化剂和Ni-Sm-Al-IMP催化剂,并进行乙酸自热重整制氢反应。30 h的乙酸自热重整的稳定性测试结果:蒸发自组装法制备的催化剂比浸渍法的催化剂表现出更好的催化活性、稳定性及抗积炭的能力;蒸发自组装法制备的10wt%Ni-(2Sm-Al)催化剂催化活性高,乙酸的转化率一直保持在100.00%,氢气的产率稳定在2.60mol-H2/mol-AC。表征结果表明:蒸发自组装法制备出了有序的孔道结构的催化剂,活性组分Ni均匀分散在孔道里,助剂Sm提高了比表面积、孔体积,也提高了催化剂活性、稳定性及抗积炭的能力。本文采用蒸发自组装的方法制备了Ni-Y-Zr系列催化剂,比较了不同反应温度、Y含量的变化对于乙酸自热重整过程中催化剂活性、稳定性及积炭的影响,并对催化剂进行了XRD、H2-TPR、BET和TG等表征测试。在10 h的乙酸自热重整的活性评价结果表明:15mol%NiO-10mol%Y2O3-65mol%ZrO2催化剂的乙酸转化率一直保持在100.00%,氢气产率也稳定在3.05 mol-H2/mol-AC。表征结果表明,15mol%NiO-10mol%Y2O3-65mol%ZrO2催化剂不仅具有比较高的比表面积、孔体积、而且促使活性金属Ni保持稳定,催化剂具有活性高、稳定性好及抗积炭的能力。
【关键词】：生物质油 自热重整 镍基催化剂 蒸发自组装法
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-19
• 1.1 生物质油催化重整制氢的研究背景9-10
• 1.2 生物质油催化制氢10-13
• 1.2.1 生物质油成分10
• 1.2.2 生物质油制氢工艺的研究10-13
• 1.3 用于生物质油催化重整催化剂的研究13-15
• 1.3.1 贵金属催化剂13-14
• 1.3.2 非贵金属催化剂14-15
• 1.4 Ni基催化剂用于生物质油制氢的研究15-17
• 1.4.1 催化剂载体性质影响15-16
• 1.4.2 助剂的影响16
• 1.4.3 活性组分分散性的影响16-17
• 1.5 本课题研究目的和研究内容17-19
• 1.5.1 研究目的17
• 1.5.2 研究内容17-19
• 第2章 生物质油自热重整制氢实验部分19-24
• 2.1 原料试剂与仪器设备19-20
• 2.1.1 主要的化学试剂和气体19
• 2.1.2 催化剂制备过程的主要仪器19-20
• 2.2 催化剂制备与评价方法20-22
• 2.2.1 催化剂的制备20
• 2.2.2 催化剂活性评价装置20-21
• 2.2.3 催化剂评价过程简介21
• 2.2.4 实验步骤21-22
• 2.2.5 计算分析方法22
• 2.3 催化剂表征22-24
• 2.3.1 氮气低温物理吸附（BET）22
• 2.3.2 X射线衍射(XRD)22-23
• 2.3.3 热重分析（TG）23
• 2.3.4 程序升温还原（H_2-TPR）23
• 2.3.5 透射电子显微镜（TEM）23
• 2.3.6 光电子能谱分析（XPS）23-24
• 第3章 有序介孔Ni-Sm-Al催化剂用于乙酸自热重整活性研究24-46
• 3.1 引言24-25
• 3.2 有序介孔Ni-Sm-Al的催化剂制备25-26
• 3.2.1 催化剂计算方法的介绍25
• 3.2.2 蒸发自组装法的制备过程25-26
• 3.2.3 浸渍法制备过程26
• 3.3 实验结果与讨论26-31
• 3.3.1 反应温度的影响26-28
• 3.3.2 稳定性测试28-31
• 3.3.3 制备方法的影响31
• 3.3.4 助剂Sm的影响31
• 3.4 表征结果分析31-44
• 3.4.1 焙烧后催化剂低温N2物理吸附表征31-35
• 3.4.2 焙烧后催化剂小角XRD表征35-36
• 3.4.3 还原后催化剂TEM表征36-37
• 3.4.4 焙烧和还原后催化剂广角XRD表征37-39
• 3.4.5. 焙烧后催化剂H_2-TPR表征39-40
• 3.4.6 还原和反应后催化剂XPS表征40-41
• 3.4.7 反应后催化剂的XRD表征41-42
• 3.4.8 反应后催化剂的TEM表征42-43
• 3.4.9 反应后催化剂的TG表征43-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 Ni-Y-Zr催化剂用于乙酸自热重整活性研究46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 Ni-Y-Zr催化剂的制备46-47
• 4.3 实验结果与讨论47-51
• 4.3.1 反应温度的影响47-49
• 4.3.2 催化剂稳定性测试49-51
• 4.4 表征结果讨论51-58
• 4.4.1 低温氮气物理吸附51-53
• 4.4.2 XRD表征53-57
• 4.4.3 H_2-TPR表征57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 结论60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间取得学术成果66

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本文编号：944654