镍基锆掺杂SBA分子筛催化剂及其CO选择性甲烷化性能

发布时间：2020-03-24 10:04

【摘要】：质子膜燃料电池(PEMFC)的能源利用率高、结构简单,是环境友好型能源,也是替代传统汽车动力系统的理想动力源之一,其中富氢气体的深度净化是限制PEMFC应用的瓶颈之一。CO选择性甲烷化作为去除富氢气体中少量CO的有效方法之一,其关键在于具有高的低温活性、高选择性和稳定性的CO选择性甲烷化催化剂的研制。Ni基甲烷化催化剂具有较好的活性和选择性,价格低廉,是目前被广泛应用和研究的催化剂。本文制备了一系列Ni基Zr掺杂SBA分子筛催化剂并考察了其CO选择性甲烷化催化性能。采用XRD、N_2吸附-脱附测试、H_2-TPR、CO/CO_2-TPD、FTIR、XPS、SEM、TEM、ICP-OES等表征分析技术对催化剂进行表征,分析了催化剂的性质与其催化性能之间的关系。主要研究内容如下:(1)采用直接水热法合成了Zr掺杂的SBA-15分子筛ZrSBA-15,并研究其负载Ni基甲烷化催化剂的催化性能,考察了还原温度、Zr掺杂量以及Ni负载量对催化性能的影响。结果表明,适量的Zr掺杂能够提高Ni基催化剂的比表面积,增强金属与载体之间的相互作用,有效抑制金属Ni的团聚和烧结,增强了催化剂对CO的吸附能力同时抑制CO_2的吸附。活性测试表明:当催化剂的还原温度为350°C,Zr/Si摩尔比为0.05,Ni负载量为25wt%时,25Ni/0.05ZrSBA-15催化剂表现出优异的低温催化性能,能够在较低的温度范围内(170-220°C)将富氢重整气中的CO深度去除(10×10~(-6)),同时保持CO甲烷化反应的选择性高于50%,较好地满足燃料电池对高品质氢源的要求,并且在连续120 h的稳定性测试中,反应器出口CO和CH_4浓度基本不变,说明具有很好的催化稳定性。(2)采用直接水热法成功合成了Zr掺杂的SBA-16分子筛ZrSBA-16,采用浸渍法负载活性金属Ni,并考察了还原温度、Zr掺杂量以及Ni负载量对ZrSBA-16催化性能的影响。研究结果表明,Ni基锆掺杂SBA-16分子筛具有较好的CO选择性甲烷化性能,当催化剂的还原温度为450°C,Zr/Si摩尔比为0.05,Ni负载量为15wt%时,其能够在180-230°C反应温度范围将出口CO浓度降至10×10~(-6)以下,且保持反应的选择性高于50%。连续120 h的稳定性测试中,催化剂表现出较为稳定的催化活性和选择性。
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第一章绪论第一章绪论 6 月，《BP 世界能源统计年鉴》中指出，按照 2016 年全球产量水平石油储量仅能够开采 50.6 年，天然气储量仅能满足 52.5 年的生产需，可供使用 153 年[1]。而随着人们生活水平的提高和社会经济的高速求量越来越大，由此引发的能源危机以及环境污染等问题逐渐受到广池（Fuel cell）能够将燃料的化学能直接转化为电能，其不受卡诺循-1），能源利用率高达 60~70%[2]，可有效地减少能源的损耗以及污染到世界各国的广泛关注[3]。

吸附剂,吸附等温线,氧化法,非贵金属催化剂

图 1-2 吸附剂的吸附等温线[24]Figure 1-2 The adsorption isotherm of the adsorbent[24]性氧化法性氧化法（COPreferentialOxidationReaction，CO-PROX）是整气的化学方法[25,26]，该方法可以有效脱除低浓度的 CO。常等贵金属催化剂[27,28]和 Co、Cu 等非贵金属催化剂[29,30]。富氢主要反应有：：CO(g)+12O2(g)→CO2(g) H298Kθ= 282.984kJ/mol ：H2(g)+12O2(g)→H2O(g) H298Kθ= 241.818kJ/mol (1-1)，(1-2)可知，CO 和 H2都能发生放热的氧化反应，，因此在
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TM911.4

【参考文献】