微波加热制备镍基催化剂及其在乙醇水蒸气重整制氢中的应用研究

发布时间：2017-07-02 04:07

  本文关键词：微波加热制备镍基催化剂及其在乙醇水蒸气重整制氢中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源是人类生存和发展的基本需求,而目前全球80%的能源消耗依赖于化石能源能源。化石能源的持续大规模开采不仅导致了化石能源的枯竭,也带来了日益严重的环境污染,必须开发可再生新能源以减少对化石能源的依赖及进行能源结构的调整。氢能是清洁新能源的重要研究方向。乙醇是一种可再生的氢能源载体,可通过生物质发酵生成,而且成本低、无毒、易于存储运输。因此,以乙醇为原料制氢是一种环保的可持续制氢途径,其中,乙醇水蒸气重整制氢由于其反应温度相对较低及产氢效率高等优势受到了众多关注。在乙醇水蒸气重整制氢反应中,镍基催化剂催化活性高、价格低廉,被认为是最有应用前景的催化剂。现有制备方法周期长,能耗高,不利于催化剂工业化发展,本论文在课题组前期工作基础上,结合微波加热快速、选择性加热的特点,利用微波加热快速高效制备镍基催化剂,用于乙醇水蒸气重整制氢；考察了催化剂不同制备方法、镍负载量、助剂、载体和镍前驱体对催化剂性能的影响。同时还分析了水醇比和反应温度催反应的影响。利用ICP、BET、XRD、H_2-TPR、Raman等表征方法对催化剂的结构、形貌、还原能力及Ni与载体间的相互作用进行了研究。得到以下主要结果：(1).比较了不同催化剂制备方法(微波加热与传统焙烧法)对镍基催化剂性能的影响,发现微波法不仅方便节能,而且制备得到的催化剂性能优异。研究了镍负载量和反应温度对镍基催化剂性能的影响,当镍的负载量为6%时,催化剂的氢气选择性最高,催化剂的活性随着温度升高而提高,在600℃时氢气选择性达到最高值。考察了微波法合成的镍基催化剂的稳定性,发现在线反应240h,稳定性较好。微波法大大缩短了催化剂的制备时间,降低了催化剂的生产成本。(2).研究了微波加热制备的稀土改性镍基催化剂性能的影响。实验发现稀土的添加可以改善镍基催化剂的活性,其中La和Er效果最好。考察了Er的添加量和反应温度对镍基催化剂性能的影响,当Er的负载量为6%时,该催化剂的氢气选择性最高,随着温度上升,催化剂的活性也升高,在600℃氢气选择性达到最高值。在550℃,500h的性能测试中,该催化剂表现了优异的稳定性。表征发现稀土的添加有助于载体上活性组分镍的分散,颗粒变小,抗积炭能力提高。(3).比较了不同载体(SiO_2、Al_2O_3、SBA-15)制备的镍基催化剂的性能,发现以微球硅胶为载体制备的催化剂Ni/SiO_2性能最好,而且微球硅胶价格低廉,因此很有应用前景。考察了不同镍前驱体对镍催化剂的性能的影响,以柠檬酸镍为前驱体制备的镍基催化剂表现出最出色的催化活性,表征发现以柠檬酸镍为前驱体制备镍基催化剂比表面积大于其他催化剂。考察了不同柠檬酸镍负载量对催化剂性能的影响,当负载量为6%时,催化剂的氢气选择性最高。
【关键词】：乙醇水蒸气重整制氢 镍基催化剂 微波加热法 负载量 稀土
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 前言12-13
• 1.2 制氢方法13-17
• 1.2.1 化石燃料制氢13-15
• 1.2.2 电解制氢15
• 1.2.3 等离子体制氢15-16
• 1.2.4 生物质制氢16-17
• 1.3 乙醇重整制氢技术的研究现状17-19
• 1.3.1 乙醇部分氧化重整制氢17
• 1.3.2 乙醇白热重整制氢17-18
• 1.3.3 乙醇二氧化碳重整制氢18
• 1.3.4 乙醇水蒸气重整制氢18-19
• 1.4 乙醇水蒸气重整制氢催化剂的研究进展19-22
• 1.4.1 负载型贵金属催化剂19-20
• 1.4.2 负载型非贵金属催化剂20-22
• 1.5 微波加热法简介22-23
• 1.6 本论文研究的目的、内容和创新点23-24
• 1.6.1 研究目的23
• 1.6.2 研究内容23
• 1.6.3 研究创新点23-24
• 第二章 实验研究方法及表征手段24-30
• 2.1 实验试剂及仪器24-26
• 2.1.1 实验试剂24-25
• 2.1.2 实验仪器25-26
• 2.2 催化剂的活性评价26-27
• 2.3 数据处理27
• 2.4 催化剂的表征方法27-30
• 2.4.1 ICP-OES分析27
• 2.4.2 X射线衍射分析27
• 2.4.3 比表面积及孔结构分析27-28
• 2.4.4 H_2-程序升温还原分析28
• 2.4.5 Raman表征分析28-30
• 第三章 制备方法和镍负载量对Ni/SiO_2催化剂性能的影响30-44
• 引言30
• 3.1 实验部分30-31
• 3.1.1 催化剂的制备30-31
• 3.2 结果与讨论31-36
• 3.2.1 不同方法制备的Ni/SiO_2催化剂的催化性能比较31-33
• 3.2.2 镍负载量和反应温度对Ni/SiO_2催化剂的影响33-35
• 3.2.3 水醇比对6Ni/SiO_2催化剂催化性能的影响35-36
• 3.2.4 乙醇水蒸气重整制氢反应6Ni/SiO_2催化剂的稳定性实验36
• 3.3 催化剂表征结果与讨论36-42
• 3.3.1 催化剂的ICP-OES表征36-37
• 3.3.2 催化剂的BET表征结果37-39
• 3.3.3 催化剂的XRD表征结果39-40
• 3.3.4 催化剂的H_2-TPR表征结果40-41
• 3.3.5 催化剂Raman表征41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 稀土的添加对Ni/SiO_2催化剂性能的影响44-60
• 引言44
• 4.1 实验部分44-45
• 4.1.1 催化剂的制备44-45
• 4.2 实验部分45-50
• 4.2.1 不同稀土的添加和反应温度对Ni/SiO_2催化剂性能的影响45-47
• 4.2.2 Er负载量和反应温度对Er-6Ni/SiO_2催化剂性能的影响47-48
• 4.2.3 水醇比对6Er-6Ni/SiO_2催化剂催化性能的影响48-49
• 4.2.4 6Er-6Ni/SiO_2催化剂的稳定性研究49-50
• 4.3 催化剂表征结果与讨论50-58
• 4.3.1 催化剂的ICP-OES表征50-51
• 4.3.2 催化剂的BET表征51-53
• 4.3.3 催化剂的XRD表征53-55
• 4.3.4 催化剂的H_2-TPR表征55-57
• 4.3.5 催化剂的Raman表征57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 载体和前驱体对镍基催化剂性能的影响60-78
• 引言60
• 5.1 实验部分60-61
• 5.1.1 催化剂的制备60-61
• 5.2 结果与讨论61-65
• 5.2.1 载体和反应温度对镍基催化剂催化性能的影响61-62
• 5.2.2 不同前驱体制备的Ni-SiO_2催化剂的催化性能62-64
• 5.2.3 镍负载量和反应温度对Ni/SiO_2-N催化剂性能的影响64-65
• 5.3 结果与讨论65-76
• 5.3.1 催化剂的BET表征65-71
• 5.3.2 催化剂的XRD表征71-73
• 5.3.3 催化剂的H_2-TPR表征73-76
• 5.4 本章小结76-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 研究结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-92
• 附录A 攻读硕士学位期间的研究成果92-93
• 附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目93

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