镍基加氢催化剂的改性研究

发布时间：2017-08-02 20:05

  本文关键词：镍基加氢催化剂的改性研究

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【摘要】：乙基咔唑的储氢密度高,加氢温度相对较低,有望用作车载储氢系统,是一种应用前景良好的储氢材料。本文以A1203为载体,以Ni为活性组分,以十种金属为助剂制备了一系列改性镍基加氢催化剂,并通过乙基咔唑的催化加氢反应考察了Ni含量、助剂以及反应条件对催化剂催化活性的影响。(1)考察活性组分Ni以及助剂La的负载量对催化剂催化活性的影响。实验得出镍负载量为25%(重量百分比wt%),镧负载量为3%(重量百分比wt%),A1203为载体时,催化剂25%Ni/3%La/Al2O3具有较高的活性。(2)以25%Ni/3%La/Al2O3为催化剂催化乙基咔唑加氢,考察反应条件对催化剂催化加氢活性的影响。实验结果表明10g乙基咔唑在200℃C,6MPa,1.5g催化剂的条件下,吸氢效果最佳,最大吸氢量为0.289mol,吸氢转化率可达94.14%。(3)当助剂负载量为3%,活性组分Ni负载量为25%时,考察助剂La、Sm、Ce、Co、Mo、W、V、Cu、Cr、Mg对催化剂25%Ni/Al2O3的改性作用。研究得出,添加La、Sm、Mg、W和Cr后,催化剂的活性提高,而添加其他金属助剂对催化剂的活性影响不大甚至使其活性降低。接着分析了La、Sm、W、Cr的含量对乙基咔唑加氢性能的影响,结果表明当这四种助剂的含量均为3%时,催化剂的催化效果最佳。(4)以25%Ni/3%Sm/Al2O3为催化剂催化乙基咔唑加氢,考察反应条件对催化剂催化加氢活性的影响。实验结果表明10g乙基咔唑在200℃C、6MPa、1.5g催化剂的条件下,吸氢效果最佳,最大吸氢量为0.288mo1,吸氢转化率可达93.81%。(5)用助剂W和Mg同时对25%Ni/Al2O3催化剂进行改性,先固定各个助剂负载量为3%,考察双助剂总负载量对25%Ni/Al2O3催化剂活性的影响；再固定两种助剂的总负载量为3%,考察两种助剂负载量之比对25%Ni/Al2O3催化剂活性的影响。实验结果表明双助剂改性效果不如单助剂改性效果好。(6)研究在25%Ni/3%La/Al2O3和25%Ni/3%Sm/Al2O3的催化作用下乙基咔唑的加氢反应动力学,发现在反应初期可忽略气液和液固界面传质阻力,加氢反应由催化剂表面的化学反应控制。在温度180-220℃C,压力3-7MPa,催化剂用量0.5-1.5g的相同反应条件下,25%Ni/3%La/Al2O3催化乙基咔唑加氢反应的表观活化能为25.62kJ/mol,表观动力学方程为：robs=2.262×10-3.e-2.562×104/RT.6m/ρpdp.Ce25%Ni/3%Sm/Al2O3催化剂催化乙基咔唑液相加氢反应的表观活化能为10.58kJ/mol,反应的表观动力学模型可以表达为：robs=2.572×10-3.e-1.058×104/RT.6m/ρpdp.Ce
【关键词】：乙基咔唑 Ni/Al_2O_3 助剂改性 加氢反应
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 研究背景12-17
• 1.1.1 什么是氢能13-14
• 1.1.2 氢的来源14-15
• 1.1.3 氢能的存储15-16
• 1.1.4 氢能的应用16-17
• 2 文献综述17-38
• 2.1 储氢技术17-26
• 2.1.1 高压气态储氢17-18
• 2.1.2 低温液态储氢18-19
• 2.1.3 金属氢化物储氢19-20
• 2.1.4 配位氢化物储氢20-21
• 2.1.5 吸附储氢21-22
• 2.1.6 金属有机物骨架化合物储氢材料22-23
• 2.1.7 有机液体储氢23-26
• 2.2 新型有机液体储氢26-31
• 2.2.1 咔唑26-27
• 2.2.2 乙基咔唑27-31
• 2.3 加氢催化剂31-35
• 2.3.1 镍系催化剂32-33
• 2.3.2 钯、铂系催化剂33-34
• 2.3.3 钌系催化剂34
• 2.3.4 铑系催化剂34-35
• 2.4 助剂35-36
• 2.5 本论文研究内容36-38
• 3 实验部分38-45
• 3.1 催化剂的制备38-41
• 3.1.1 实验材料38-39
• 3.1.2 制备方法39-40
• 3.1.3 催化剂催化性能的研究40-41
• 3.1.4 催化剂表征41
• 3.2 乙基咔唑催化加氢反应41-45
• 3.2.1 实验材料41
• 3.2.2 实验装置41-42
• 3.2.3 实验步骤42-43
• 3.2.4 分析方法43-45
• 4 Ni/La/Al_2O_3催化下乙基咔唑加氢反应研究45-55
• 4.1 La负载量对17%Ni/xLa/Al_2O_3催化剂催化性能和结构的影响45-47
• 4.1.1 La负载量对17%Ni/xLa/Al_2O_3催化剂催化乙基咔唑加氢性能的影响45-46
• 4.1.2 不同La负载量催化剂的XRD表征结果46-47
• 4.2 Ni负载量对xNi/3%La/Al_2O_3催化剂结构和性能的影响47-49
• 4.2.1 Ni负载量对xNi/3%La/Al_2O_3催化剂催化乙基咔唑加氢性能的影响47-48
• 4.2.2 不同Ni负载量催化剂的XRD表征结果48-49
• 4.3 25%Ni/3%La/Al_2O_3催化剂催化加氢反应工艺条件的优化49-53
• 4.3.1 温度对乙基咔唑加氢性能的影响49-50
• 4.3.2 压力对乙基咔唑加氢性能的影50-51
• 4.3.3 催化剂用量对乙基咔唑加氢性能的影响51-52
• 4.3.4 25%Ni/3%La/Al_2O_3催化乙基咔唑加氢条件的确定52-53
• 4.4 结论53-55
• 5 单助剂种类及双助剂组合对乙基咔唑加氢性能的影响55-68
• 5.1 不同单助剂对25%Ni/Al_2O_3催化剂加氢性能的影响55-58
• 5.2 Sm、La、W、Cr的负载量对乙基咔唑加氢性能的影响58-59
• 5.3 25%Ni/3%Sm/Al_2O_3催化剂催化加氢工艺条件的优化59-62
• 5.3.1 反应温度对乙基咔唑加氢反应的影响59-60
• 5.3.2 反应压力对乙基咔唑加氢反应的影响60-61
• 5.3.3 催化剂用量对乙基咔唑加氢反应的影响61-62
• 5.4 Sm、La、W、Cr、Mg改性的催化剂的XRD表征62-63
• 5.5 Sm、La、W、Cr、Mg改性的催化剂的TEM表征63-64
• 5.6 Sm、La、W、Cr、Mg改性的催化剂的SEM表征64-65
• 5.7 双助剂改性的影响65-67
• 5.7.1 双助剂总负载量对乙基咔唑加氢性能的影响65-66
• 5.7.2 两种助剂负载量之比对乙基咔唑加氢性能的影响66-67
• 5.8 结论67-68
• 6 乙基咔唑加氢反应动力学分析68-85
• 6.1 乙基咔唑加氢的传质过程分析68-70
• 6.2 动力学模型参数的确定70-72
• 6.3 25%Ni/3%La/Al_2O_3催化乙基咔唑加氢动力学模型72-78
• 6.3.1 气液界面处液膜侧传质阻力72-73
• 6.3.2 液相主体到催化剂表面传质阻力和催化剂表面的反应阻力73-77
• 6.3.3 25%Ni/3%La/Al_2O_3催化乙基咔唑液相加氢反应动力学模型的验证77-78
• 6.4 25%Ni/3%Sm/Al_2O_3催化乙基咔唑加氢动力学模型78-84
• 6.4.1 气液界面处液膜侧传质阻力78-79
• 6.4.2 液相主体到催化剂表面传质阻力和催化剂表面的反应阻力79-82
• 6.4.3 25%Ni/3%Sm/Al_2O_3催化乙基咔唑液相加氢反应动力学模型的验证82-84
• 6.5 结论84-85
• 7 结论与展望85-88
• 7.1 结论85-86
• 7.2 展望86-88
• 参考文献88-96
• 作者简历96
• 科研成果96

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