核壳结构Pd-Pt双金属催化剂对甲烷催化氧化特性的影响及活性位点研究

发布时间：2021-03-01 19:41

　　甲烷气体广泛存在于煤层气和工业废气中,其温室效应是二氧化碳的20余倍。催化燃烧是处理低浓度甲烷气体的高效且实用的方式之一。对于低浓度甲烷的催化燃烧,贵金属催化剂Pd或Pt表现出良好的反应性能,双金属Pd-Pt催化剂由于具有更好的反应活性成为研究的热点。目前以甲烷为代表的气体燃料在双金属催化剂上的反应主要集中在金属间的协同作用及反应动力学上,对于双金属催化剂的结构特点及反应活性位点的定量区分问题亟待解决,本文针对以上问题开展研究,对于阐明双金属催化剂结构及其气体燃料的催化燃烧作用机制具有重要意义。本文从甲烷在单金属Pt催化剂上的催化反应出发,应用微分反应器和化学吸附的方法,研究了甲烷催化氧化反应的位点反应速率与单质Pt颗粒粒径的相关性与无关性;利用高温化学吸附的方法,对双金属催化剂表面连续的注入氧脉冲,利用氧原子在催化剂内部的扩散制作Pt-core@PdO-shell的核壳结构合金催化剂,并通过催化反应的结果提出了单质Pt晶粒的存在性,建立了以单质Pt晶粒和合金核壳结构为基础的双金属催化剂模型;利用高角环形暗场像-扫描透射电子显微镜和催化剂表面分散度,探讨了双金属催化剂的晶粒类型、晶粒粒... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：175 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

Pt催化剂的晶粒结构以及表面氧吸附模型

图 1.2 甲烷催化氧化过程及 CO 催化氧化过程的相似性Figure 1.2 Similarity of catalytic oxidation of methane and CO当上述氧化反应进行到一氧化碳这个位置的时候，学术界对这个反应的继行与停步产生了分歧。当反应继续进行，意味着甲烷催化燃烧反应将最终完成量全部释放；但如果反应在这里停步，意味着仅有部分氧化产物的形成，比气和一氧化碳。催化反应是否停步实际上关系到基础研究理论的合理性与正。计算机模拟的方法是可以计算出一氧化碳的生成，但从实验的角度，并没格的实验能够证明出一氧化碳的可生成性。实验的困难在于如何证明一氧化存在性，因为该物质的可存在性就可证明部分氧化与完全氧化的反应类型。甲烷的催化氧化反应，需要强调一点，该反应一定是在有氧条件下进行的，有氧条件指金属催化剂表面存在一定的氧分压。那么对于证明一氧化碳的可性，实际上引申为表面吸附的一氧化碳是否能够先于表面吸附氧的氧化而脱属表面并回到大气环境中，也等同于甲烷在催化氧化中，是达到生成一氧化

看到了有些自热重整反应是不添加水蒸气的，直接将甲烷放在低氧条件下催化，通过控制氧烷比例来达到控制产量的目的。严格来说这是可以的，比如从元素守恒来表达甲烷催化燃烧反应方程：2 + → 2 + 4 (1.7)从上述方程中可以看到，如果反应腔内能实现理想化反应，那么甲烷本身所具有的能量是可以完全支持自身的重整反应的，且能实现物料与能量的全部完全利用。但在实际反应中发现，重整反应是个可逆反应，需要给弱氧化剂增加一些压力来提高反应平衡和产率。对上述反应需要强调，该反应式是依据元素守恒而撰写的反应方程式，在实际条件下该反应不能直接完成，这主要是因为甲烷在强氧化剂表面的反应限速步骤在脱氢过程中，氧化是较容易进行的反应步骤，如果脱氢步骤能够进行，那么氧化步骤必定不可停止的进行，这就是在有氧条件下部分氧化不可实现的原因。当然上述方程如果认为是自热重整反应的总反应方程是可以理解的，相当于燃烧反应与重整反应的加和。

【参考文献】：
期刊论文
[1]CH4在Cu/γ-Al2O3颗粒上催化燃烧分区及反应特性[J]. 耿豪杰,杜学森,张力,冉景煜,闫云飞,杨仲卿.  工程热物理学报. 2016(04)
[2]水蒸气作用下低浓度甲烷Cu/γ-Al2O3催化燃烧特性[J]. 杨仲卿,耿豪杰,张力,郑世伟,刘姝.  工程热物理学报. 2014(05)
[3]页岩气燃烧器燃烧特性的数值模拟[J]. 杨仲卿,郭名女,耿豪杰,钟志刚,张力.  天然气工业. 2013(07)



本文编号：3057937