甲醇水蒸气重整制氢Cu/Ce 0.8 Zr 0.2 O 2 /SiC整体催化剂的研究
发布时间：2021-02-15 14:39
甲醇水蒸气重整制氢是为燃料电池提供氢源的主要方式,然而,目前用于该反应的催化剂大部分为传统的颗粒催化剂,而颗粒催化剂有着床层压降大、传热传质效率低和操作空速低等缺点。本论文是在本课题组前期对Cu基催化剂的研究基础上,利用已经成型的蜂窝SiC陶瓷为载体,通过溶胶凝胶法制备Ce0.8Zr0.2O2固溶体涂层材料,再利用浸渍法负载活性组分,制备了一系列整体催化剂,探讨了铈源、铈锆前驱体浓度和铈锆涂层涂覆量对整体催化剂催化性能的影响。具体研究内容如下:（1）采用溶胶-凝胶法制备了以Ce（NO3）3·6H2O和（NH4）2Ce（NO3）6为铈源的两种铈锆溶胶,将其作为SiC陶瓷整体催化剂的涂层材料,再利用浸渍法负载活性组分CuO,焙烧后得两种CuO/Ce0.8Zr0.2O2/SiC整体催化剂,并采用XRD、SEM、...
【文章来源】：辽宁石油化工大学辽宁省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同材料不同形状的整体催化剂载体（a金属波纹载体、b金属圆孔载体、c堇青石蜂窝载体、d堇青石方孔载体）
19(1)把制备好的整体催化剂用石英棉包裹后装入垫有石英棉的石英管中，并检查整个装置的气密性。(2)通入5%H2-N2混合气，调节控温表，使反应器里的温度以2oC/min的速率升温至280oC还原2h。(3)关闭H2气源，将温度调节至实验所需反应温度以下，然后关闭N2气源，此时用微量泵打入事先配好的甲醇水溶液并控制甲醇气体空速为1940h-1。(4)由控制面板调节至所需反应温度进行反应。(5)生成的气体经过冷凝器和干燥器，接着进入气相色谱定量分析，重整尾气流量由流量计获得。(6)重复步骤(4)，就可测得不同反应温度下生成气体的含量和组成。装置流程图如下：图2.1甲醇水蒸气重整制氢实验装置流程图Fig.2.1Laboratoryreactorsystemofmethanolsteamreformingtoproducehydrogen()()132/321822.4601000()mixcatFCHOHwHOwGHSVhVρ+×+××××=(2-3)2.4.2评价指标催化剂的催化效果由甲醇转化率，CO选择性和产氢速率来评价，具体公式如下：甲醇转化率：%100)10004.22()1832()((%)2××××+×+×=FρCwCFXCOCOR(2-4)CO选择性：
前驱体价态决定了CeO2-ZrO2体系晶相特征，从而影响了其氧化还原能力。Hori等人[62]发现，(NH4)2Ce(NO3)6与Ce(NO3)3·6H2O相比，与Zr(NO3)4·5H2O更易形成铈锆固溶体复合氧化物，Sonia[87-89]等人也得出了相似的结论，并对其进行了解释，认为其主要原因是Ce4+离子形成的是一种螯合物，而Ce3+离子是水解阳离子，从静电学理论认为，具有阴离子特性的螯合物更容易亲近Zr4+阳离子，从而在焙烧过程中更易形成固溶体。本课题组[90]前期探索了SiC孔径对整体催化剂性能的影响，结果表明，以孔径为0.27mm~0.30mm的SiC材料（图3.1）为载体，整体催化剂的催化性能最佳。另外，相比于CuO/CeO2/SiC，CuO/ZrO2/SiC和CuO/Ce0.5Zr0.5O2/SiC整体催化剂，CuO/Ce0.8Zr0.2O2/SiC整体催化剂在甲醇水蒸气重整制氢反应中表现出更好的催化性能。本章在本课题组前期研究基础上，进一步探索不同铈源对整体催化剂结构和性能的影响。图3.1蜂窝SiC陶瓷载体SEM图Fig.3.1SEMofhoneycombSiCcarrier3.1整体催化剂的负载参数表3.1记录了不同铈源的整体催化剂负载百分含量，其中Ce0.8Zr0.2O2固溶体涂层
【参考文献】：
期刊论文
[1]载体焙烧气氛对甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2催化剂的影响[J]. 刘玉娟,王东哲,张磊,王宏浩,陈琳,刘道胜,韩蛟,张财顺. 燃料化学学报. 2018(08)
[2]Ce的浸渍顺序对Cu/Zn-Al水滑石衍生催化剂用于甲醇水蒸气重整制氢性能的影响[J]. 杨淑倩,张娜,贺建平,张磊,王宏浩,白金,张健,刘道胜,杨占旭. 燃料化学学报. 2018(04)
[3]稀土掺杂改性对Cu/ZnAl水滑石衍生催化剂甲醇水蒸气重整制氢性能的影响[J]. 杨淑倩,贺建平,张娜,隋晓伟,张磊,杨占旭. 燃料化学学报. 2018(02)
[4]堇青石蜂窝陶瓷载体酸处理对整体式La0.8Sr0.2MnO3催化剂催化甲苯燃烧性能的影响[J]. 孙浩程,王永强,赵朝成,张利英. 材料导报. 2016(24)
[5]前驱体和沉淀剂浓度对CuO/ZnO/CeO2-ZrO2甲醇水蒸气重整制氢催化剂性能的影响[J]. 张磊,雷俊腾,田园,胡鑫,白金,刘丹,杨义,潘立卫. 燃料化学学报. 2015(11)
[6]HF对Cu-SSZ-13/堇青石的原位合成及脱除NOx的影响[J]. 彭兆亮,俞华峰,陈影,乔辉,常丽萍,鲍卫仁,王建成. 环境化学. 2015(04)
[7]Cu-SSZ-13/堇青石整体式催化剂的原位合成及其NH3选择性催化还原NO性能[J]. 张宇,王红宁,陈若愚. 物理化学学报. 2015(02)
[8]蜂窝陶瓷型La0.8Sr0.2MnO3催化剂VOCs催化燃烧反应活性[J]. 官芳,卢晗锋,张燕,刘华彦,陈银飞. 浙江工业大学学报. 2009(01)
[9]甲醇水蒸气重整催化剂Cr2O3-ZnO的制备及其催化性能[J]. 曹卫强,陈光文,初建胜,李淑莲,袁权. 催化学报. 2006(10)
[10]Zn-Cr整体催化剂中Ce-Zr溶胶涂层的制备、表征及对甲醇自热重整反应的影响[J]. 刘娜,袁中山,张纯希,王淑娟,李德意,王树东. 催化学报. 2005(12)
博士论文
[1]甲醇水蒸气重整制氢催化剂的研究[D]. 张磊.大连理工大学 2013
本文编号：3035022
【文章来源】：辽宁石油化工大学辽宁省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同材料不同形状的整体催化剂载体（a金属波纹载体、b金属圆孔载体、c堇青石蜂窝载体、d堇青石方孔载体）
19(1)把制备好的整体催化剂用石英棉包裹后装入垫有石英棉的石英管中，并检查整个装置的气密性。(2)通入5%H2-N2混合气，调节控温表，使反应器里的温度以2oC/min的速率升温至280oC还原2h。(3)关闭H2气源，将温度调节至实验所需反应温度以下，然后关闭N2气源，此时用微量泵打入事先配好的甲醇水溶液并控制甲醇气体空速为1940h-1。(4)由控制面板调节至所需反应温度进行反应。(5)生成的气体经过冷凝器和干燥器，接着进入气相色谱定量分析，重整尾气流量由流量计获得。(6)重复步骤(4)，就可测得不同反应温度下生成气体的含量和组成。装置流程图如下：图2.1甲醇水蒸气重整制氢实验装置流程图Fig.2.1Laboratoryreactorsystemofmethanolsteamreformingtoproducehydrogen()()132/321822.4601000()mixcatFCHOHwHOwGHSVhVρ+×+××××=(2-3)2.4.2评价指标催化剂的催化效果由甲醇转化率，CO选择性和产氢速率来评价，具体公式如下：甲醇转化率：%100)10004.22()1832()((%)2××××+×+×=FρCwCFXCOCOR(2-4)CO选择性：
前驱体价态决定了CeO2-ZrO2体系晶相特征，从而影响了其氧化还原能力。Hori等人[62]发现，(NH4)2Ce(NO3)6与Ce(NO3)3·6H2O相比，与Zr(NO3)4·5H2O更易形成铈锆固溶体复合氧化物，Sonia[87-89]等人也得出了相似的结论，并对其进行了解释，认为其主要原因是Ce4+离子形成的是一种螯合物，而Ce3+离子是水解阳离子，从静电学理论认为，具有阴离子特性的螯合物更容易亲近Zr4+阳离子，从而在焙烧过程中更易形成固溶体。本课题组[90]前期探索了SiC孔径对整体催化剂性能的影响，结果表明，以孔径为0.27mm~0.30mm的SiC材料（图3.1）为载体，整体催化剂的催化性能最佳。另外，相比于CuO/CeO2/SiC，CuO/ZrO2/SiC和CuO/Ce0.5Zr0.5O2/SiC整体催化剂，CuO/Ce0.8Zr0.2O2/SiC整体催化剂在甲醇水蒸气重整制氢反应中表现出更好的催化性能。本章在本课题组前期研究基础上，进一步探索不同铈源对整体催化剂结构和性能的影响。图3.1蜂窝SiC陶瓷载体SEM图Fig.3.1SEMofhoneycombSiCcarrier3.1整体催化剂的负载参数表3.1记录了不同铈源的整体催化剂负载百分含量，其中Ce0.8Zr0.2O2固溶体涂层
【参考文献】：
期刊论文
[1]载体焙烧气氛对甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2催化剂的影响[J]. 刘玉娟,王东哲,张磊,王宏浩,陈琳,刘道胜,韩蛟,张财顺. 燃料化学学报. 2018(08)
[2]Ce的浸渍顺序对Cu/Zn-Al水滑石衍生催化剂用于甲醇水蒸气重整制氢性能的影响[J]. 杨淑倩,张娜,贺建平,张磊,王宏浩,白金,张健,刘道胜,杨占旭. 燃料化学学报. 2018(04)
[3]稀土掺杂改性对Cu/ZnAl水滑石衍生催化剂甲醇水蒸气重整制氢性能的影响[J]. 杨淑倩,贺建平,张娜,隋晓伟,张磊,杨占旭. 燃料化学学报. 2018(02)
[4]堇青石蜂窝陶瓷载体酸处理对整体式La0.8Sr0.2MnO3催化剂催化甲苯燃烧性能的影响[J]. 孙浩程,王永强,赵朝成,张利英. 材料导报. 2016(24)
[5]前驱体和沉淀剂浓度对CuO/ZnO/CeO2-ZrO2甲醇水蒸气重整制氢催化剂性能的影响[J]. 张磊,雷俊腾,田园,胡鑫,白金,刘丹,杨义,潘立卫. 燃料化学学报. 2015(11)
[6]HF对Cu-SSZ-13/堇青石的原位合成及脱除NOx的影响[J]. 彭兆亮,俞华峰,陈影,乔辉,常丽萍,鲍卫仁,王建成. 环境化学. 2015(04)
[7]Cu-SSZ-13/堇青石整体式催化剂的原位合成及其NH3选择性催化还原NO性能[J]. 张宇,王红宁,陈若愚. 物理化学学报. 2015(02)
[8]蜂窝陶瓷型La0.8Sr0.2MnO3催化剂VOCs催化燃烧反应活性[J]. 官芳,卢晗锋,张燕,刘华彦,陈银飞. 浙江工业大学学报. 2009(01)
[9]甲醇水蒸气重整催化剂Cr2O3-ZnO的制备及其催化性能[J]. 曹卫强,陈光文,初建胜,李淑莲,袁权. 催化学报. 2006(10)
[10]Zn-Cr整体催化剂中Ce-Zr溶胶涂层的制备、表征及对甲醇自热重整反应的影响[J]. 刘娜,袁中山,张纯希,王淑娟,李德意,王树东. 催化学报. 2005(12)
博士论文
[1]甲醇水蒸气重整制氢催化剂的研究[D]. 张磊.大连理工大学 2013
本文编号：3035022
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