SBA-15分子筛负载钴催化剂催化乙醇水蒸气重整反应性能的研究

发布时间：2017-06-13 23:09

  本文关键词：SBA-15分子筛负载钴催化剂催化乙醇水蒸气重整反应性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氢能作为一种高效、清洁的新型能源,可以解决环境和能源问题,且氢能的应用领域日益扩大,大力开发是很有必要的。乙醇水蒸气重整制氢(ESR)是目前制氢的研究热点,氢产率高,反应高效等优点使其有广阔的发展前景。介孔硅分子筛SBA-15,比表面积大,孔径分布规则有序,孔径大,孔壁厚,且水热稳定性高,在催化领域有很好的应用前景。将金属负载于分子筛制备出高活性的ESR催化剂成为目前研究的热点。本文以介孔分子筛SBA-15为载体,首先以硝酸钴为钴源,采用等体积浸渍法制备不同负载量的Co/SBA-15催化剂,通过XRD,N2吸附脱附分析,H2-TPR,TG以及FT-IR等手段对催化剂进行表征,结果表明负载钴后的催化剂保持了很好的介孔结构,钴主要存在于SBA-15的表面或者孔道内部。ESR反应评价结果显示Co含量对Co/SBA-15催化剂催化性能有影响,当钴负载量小于10%时,氢气选择性随钴含量的增多而增加,但钴含量增加到一定程度时,会发生堆积与团聚,反而使氢气选择性降低。对比发现,Co负载量为10wt%,反应温度为550℃时催化剂的催化性能最好。为了研究钴在乙醇水重整反应中所呈现的状态,文中以硝酸钴为钴源制备了10wt%的Co/SBA-15催化剂,选用不同还原温度对催化剂进行还原来达到预期效果。对催化剂进行表征后发现:Co/SBA-15催化剂焙烧后经XRD分析只有Co3O4相,经过300℃氢气气氛下还原后,Co3O4相消失而CoO相存在,随着还原温度的升高,金属Co相产生并与CoO并存。各催化剂用于乙醇水蒸气重整制氢反应中,400℃还原时催化剂的催化性能最优,氢气选择性达到68.40%,乙醇转化率高达93.49%。结合XRD结果,400℃还原后催化剂中金属Co相与Co O并存。据此推断催化剂的活性位为Co0与Co2+共存。选用硝酸钴,硫酸钴,氯化钴以及乙酸钴四种钴盐为钴源,制备了四种10wt%的Co/SBA-15催化剂。通过表征发现焙烧后以硝酸钴为钴源、氯化钴为钴源以及乙酸钴为钴源的催化剂中只有Co3O4相,而硫酸钴制备的催化剂中只有Co SO4。还原后以硝酸钴和氯化钴制备的催化剂主要以Co2+和Co0的状态存在,硫酸钴制备的催化剂除Co0外还出现了CoSO4,而乙酸钴制备的催化剂中有C存在。经过稳定性测试可知,由于积炭等问题,与硝酸钴制备的催化剂相比,其它催化剂稳定性相对较差。以硝酸钴为钴源制备的催化剂效果最好。
【关键词】：SBA-15 钴催化剂 钴源 乙醇水蒸气重整
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 氢能概述11-14
• 1.1.1 氢气的特点11
• 1.1.2 氢气的用途11-12
• 1.1.3 氢气的制备12-14
• 1.2 乙醇水蒸气制氢14-19
• 1.2.1 乙醇水蒸气重整制氢的意义14
• 1.2.2 乙醇水蒸气重整制氢催化剂的研究进展14-19
• 1.3 介孔分子筛的概述19-24
• 1.3.1 介孔分子筛的定义和分类19-20
• 1.3.2 介孔材料的合成机理20-23
• 1.3.3 介孔材料在催化上的应用23
• 1.3.4 介孔材料SBA-15的制备方法23-24
• 1.4 课题的选题意义与研究内容24-27
• 1.4.1 课题的提出和意义24-25
• 1.4.2 研究内容25-27
• 第二章 实验部分27-33
• 2.1 实验原料27
• 2.2 催化剂的制备27-28
• 2.3 催化剂的活性评价28-30
• 2.3.1 实验仪器28-29
• 2.3.2 催化剂活性评价实验流程29
• 2.3.3 催化剂活性评价的分析方法29-30
• 2.4 催化剂的表征30-33
• 2.4.1 X-射线衍射 (XRD)30
• 2.4.2 比表面积以及孔结构分析30
• 2.4.3 热重分析（TG）30
• 2.4.4 红外光谱测试分析（FT-IR）30-31
• 2.4.5 H_2程序升温还原（H_2-TPR）31-33
• 第三章 负载量对Co/SBA-15催化剂催化活性的影响33-43
• 3.1 Co/SBA-15催化剂的制备33
• 3.2 催化剂的评价33
• 3.3 结果与讨论33-37
• 3.3.1 XRD分析33-34
• 3.3.2 TG分析34-35
• 3.3.3 H_2-TPR分析35-36
• 3.3.4 BET分析36-37
• 3.4 催化剂的催化活性评价37-40
• 3.5 本章小结40-43
• 第四章 还原条件对Co/SBA-15催化剂催化活性影响的研究43-53
• 4.1 Co/SBA-15催化剂的制备43
• 4.2 催化剂的评价43
• 4.3 结果与讨论43-49
• 4.3.1 BET分析43-45
• 4.3.2 FT-IR分析45-46
• 4.3.3 H_2-TPR分析46-47
• 4.3.4 XRD分析47-49
• 4.4 催化剂的活性评价49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 钴源对Co/SBA-15催化剂以及在乙醇水蒸气重整制氢中的影响53-67
• 5.1 Co/SBA-15催化剂的制备53-54
• 5.2 催化剂的评价54
• 5.3 结果与分析54-59
• 5.3.1 XRD分析55-57
• 5.3.2 BET分析57-59
• 5.4 催化剂的活性评价59-65
• 5.4.1 反应温度对催化性能的影响59-64
• 5.4.2 催化剂稳定性的研究64-65
• 5.5 本章小结65-67
• 第六章 结论与建议67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 建议68-69
• 参考文献69-77
• 致谢77-79
• 攻读硕士期间发表的学术论文79

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本文编号：447854