金属钯催化甲醛室温产氢研究

发布时间：2017-09-14 04:47

  本文关键词：金属钯催化甲醛室温产氢研究

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【摘要】：氢能是一种清洁能源,因其具有热值高,无污染等等一系列的优点被誉为二十一世纪的“能源货币”。制取氢气主要有烃类重整,水制氢,生物制氢和催化有机物产氢等方式。其中催化甲醛产氢是一种新型高效的产氢方法,在碱性介质中金属纳米颗粒可以催化甲醛室温产生氢气,并且产生的氢气中不含一氧化碳和二氧化碳等碳氧化合物。因为催化剂大部分为贵金属催化剂,为了减少催化剂的用量增加催化剂的催化活性,选用不同的载体制备出不同的复合催化剂。利用浸渍还原法制备出Pd/Bi OCl催化剂,研究了Pd/Bi OCl催化剂在室温下催化甲醛产氢的性能。在反应条件相同情况下,与纯的Pd纳米颗粒催化产氢性能进行对比,发现在Pd/Bi OCl复合催化剂中虽然负载量仅为2 wt%,但是表现出比纯Pd纳米颗粒更强的催化性能。在十个小时反应中Pd/Bi OCl催化剂没有明显失活,具有很好的催化稳定性。通过进一步优化反应参数,如甲醛、氢氧化钠浓度、贵金属负载量和反应温度等条件,Pd/Bi OCl催化甲醛室温产氢速率可达到200 mL/(min*gcat.)。没有催化剂时甲醛产氢的活化能为65 k J/mol,而在加入Pd/Bi OCl复合催化剂后计算出反应活化能为15.2 kJ/mol。在室温催化甲醛产氢反应中,Pd量子点负载到暴露出(001)晶面的TiO_2上有很好的催化性能。相比传统的Pd/P25催化剂和纯Pd纳米颗粒有好的稳定性和催化活性。通过优化反应参数如甲醛,氢氧化钠浓度和温度等反应参数,Pd/TiO_2催化甲醛产生速率到达250 m L/(min*gcat.),并且在10小时内产氢速率保持不变有很好的稳定性。为了进一步提升催化活性,减少贵金属用量。制备了合金结构的催化剂,同过合金原子的电子特性大幅度提升催化活性,而且还进一步减少了贵金属Pd的用量。在室温下活性位点催化甲醛产氢速率可达到14.2 L/(min*gmetal),计算出TOF为4100h-1。由于CuPd合金颗粒在多壁碳纳米管上分散性好,粒径较小,尤其是Cu的加入引起了Pd电子结构的改变,提升了催化性能。催化甲醛产氢被认为是最有可能在实际应用中提供纯净氢气的技术。
【关键词】：甲醛 催化 贵金属钯 氢气 Pd/BiOCl Pd/TiO_2 CuPd/CNTs
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 氢的特点13
• 1.2 氢的用途13-14
• 1.3 氢的来源14-15
• 1.3.1 烃类重整制氢14
• 1.3.2 生物制氢14
• 1.3.3 水制氢14-15
• 1.3.4 化学氢化物催化水解制氢15
• 1.3.5 金属催化甲醛制氢15
• 1.4 甲醛产氢的机理15-16
• 1.5 催化剂载体16-18
• 1.5.1 催化剂载体作用16-17
• 1.5.2 催化剂载体的制备17
• 1.5.3 催化剂表征方法17-18
• 1.6 本文研究意义和目的18-19
• 第2章 Pd/BiOCl催化甲醛制氢研究19-27
• 2.1 引言19
• 2.2 实验部分19-20
• 2.2.1 催化剂的制备19
• 2.2.2 催化剂表征19-20
• 2.2.3 催化剂的性能测试20
• 2.3 结果与讨论20-26
• 2.3.1 催化剂表征结果20-21
• 2.3.2 不同催化剂对催化甲醛产氢性能的影响21-22
• 2.3.3 Pd负载量对催化甲醛产氢性能的影响22-23
• 2.3.4 甲醛浓度对产氢性能的影响23-24
• 2.3.5 氢氧化钠浓度对催化甲醛产氢性能的影响24
• 2.3.6 氧气浓度对催化甲醛产氢性能的影响24-25
• 2.3.7 反应温度对催化甲醛产氢性能的影响25
• 2.3.8 催化甲醛产氢稳定性研究25-26
• 2.4 结论26-27
• 第3章 Pd/TiO_2催化甲醛制氢的研究27-34
• 3.1 引言27-28
• 3.2 实验部分28-29
• 3.2.1 实验药品28
• 3.2.2 样品表征28-29
• 3.2.3 催化剂性能检测29
• 3.3 结果与讨论29-33
• 3.3.1 催化的表征29-30
• 3.3.2 不同TiO_2载体对催化甲醛产氢性能的影响30-31
• 3.3.3 反应物浓度对催化甲醛产氢性能的影响31-32
• 3.3.4 反应温度对催化甲醛产氢性能的影响32
• 3.3.5 催化甲醛产氢稳定性的研究32-33
• 3.4 结论33-34
• 第4章 CuPd/CNTs催化甲醛产氢的研究34-42
• 4.1 引言34-35
• 4.2 实验部分35-36
• 4.2.1 实验药品35
• 4.2.2 CuPd/CNTs复合催化剂的制备35
• 4.2.3 催化剂的表征35
• 4.2.4 CuPd/CNTs催化甲醛产氢性能测试35-36
• 4.3 结果与讨论36-41
• 4.3.1 催化的表征36-38
• 4.3.2 不同催化剂对催化甲醛产氢性能的影响38
• 4.3.3 氢氧化钠浓度对催化甲醛产氢性能的影响38-39
• 4.3.4 甲醛浓度对产氢性能的影响39
• 4.3.5 反应温度对催化甲醛产氢性能的影响39-40
• 4.3.6 催化甲醛产氢性能的稳定性40-41
• 4.4 结论41-42
• 第5章 Pd/MOF催化甲醛产氢的研究42-48
• 5.1 引言42
• 5.2 实验部分42-43
• 5.2.1 实验药品42-43
• 5.2.2 样品表征43
• 5.2.3 催化剂性能检测43
• 5.3 结果与讨论43-47
• 5.3.1 催化的表征43-45
• 5.3.2 不同催化剂对催化甲醛产氢性能的影响45-46
• 5.3.3 负载量对催化甲醛产氢性能的影响46-47
• 5.3.4 催化甲醛产氢性能的稳定性47
• 5.4 总结47-48
• 结论与展望48-49
• 参考文献49-59
• 致谢59-60
• 附录 攻读学位期间所发表的学术论文60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘春秀;王奖;萨嘎拉;冯孟杰;程晓丹;贾美林;照日格图;;金催化剂上乙二醛氧气氧化合成乙醛酸的研究[J];分子催化;2012年04期

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3 席靖宇,王志飞,王卫平,吕功煊;CuZnNi催化剂乙醇部分氧化制氢的研究[J];分子催化;2001年04期

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本文编号：847969