非晶态合金催化剂的制备及其催化硼氢化钠水解制氢性能的研究

发布时间：2020-04-02 01:23

【摘要】：随着社会的发展,人类对能源的需求增长迅猛,而传统化石能源日渐枯竭,化石燃料的消耗也带来了严重的环境污染问题,因此寻找可再生的绿色能源成为当前全球亟待解决的任务。氢气由于能量密度高、来源广、燃烧产物无污染等特点,被认为是未来最清洁的能源之一,水解制氢也因反应条件温和、氢气纯度高、对环境没有危害等优点而得到了极大关注。硼氢化钠作为金属氢化物,因储氢密度大、产氢纯度高、反应温度低、储存运输安全、能源循环利用率高等特点,成为目前产氢技术研究领域的热点之一。硼氢化钠水解产氢技术的关键在于催化剂,针对贵金属催化剂成本高昂、资源稀缺等问题,本文以Co基非贵金属催化剂为研究对象,在Co-B催化剂制备过程中掺杂助催剂Mo和Cr形成新的三元合金催化剂,以实现改善其催化性能的目的。本文采用化学还原法制备了非晶态Co-B、Mo-Co-B、Cr-Co-B催化剂,通过XRD、TEM、SEM、BET等方法对样品的结构、表面形貌、元素成分、比表面积进行了表征,并尝试将催化剂的各种表征结果与催化剂活性进行关联,以便制取最佳制氢催化剂。采用排水法进行NaBH4水解放氢实验,测试催化剂的催化活性及循环使用性能。通过单因素实验法进行NaBH4溶液催化水解动力学研究,探讨反应温度、NaBH4浓度、NaOH浓度、催化剂的用量等因素对NaBH4水解反应的影响。实验结果表明:助催剂Mo和Cr的掺杂能有效阻止Co-B纳米颗粒的团聚,从而减小了球形纳米颗粒的尺寸,提高颗粒的比表面积和分散度。助催剂的掺杂对Co-B催化剂催化NaBH4水解产氢性能有着显著的影响。通过对比分析得出,在相同条件下,产氢速率随着助催剂掺杂量的增大而呈先增大后减小的趋势。在Mo-Co-B体系中,当Mo/Co物质的量比为0.05时,催化剂Mo-Co-B-3获得最大的比表面积为82.079m2·g-1,表现出最佳的催化活性,产氢速率达到最大,为4642.8 ml·min-1·g-1,为Co-B催化剂的4.7倍。在Cr-Co-B体系中,当Cr/Co物质的量比为0.005时,催化剂Cr-Co-B-2获得最大的比表面积为66.402 m2·g-1,产氢速率达到最大,为2112.5 ml·min-1·g-1,为Co-B催化剂的2.1倍。
【图文】：

透射电镜,透射电镜,催化剂粉末,样品

图２－丨Ｘ射线管示意图逡逑电镜（ＴＥＭ）和场发射透射电镜（ＦＥＴＥＭ）逡逑兰Ｐｈｉｌｉｐｓ产的Ｔｅｃｎａｉ邋１２型透射电镜（ＴＥＭ）和美国ＦＥＩ生产的Ｔ发射透射电镜（ＦＥＴＥＭ）观察催化剂粉末样品的微观表面形貌；乙醇中，置于超声清洗机中分散１５邋ｍｉｎ，随后把处理好的悬浮液灯下晾千后进行ＴＥＭ表征。除此之外，本场发射透射电镜还配备用能谱分析仪对样品进行选区分析，测定元素成分。逡逑电子显微镜（ＦＥＳＥＭ）逡逑ｉｓｓ－Ｓｕｐｒａ５５型场发射扫描电子显微镜（ＦＥＳＥＭ）观察样品的微观形把催化剂粉末固定在样品台上，为了提高样品粉末的导电性，对样品进行喷镀导电层的处理。本实验样品采用二次电子发射做导电层。逡逑

产氢,反应装置,圆底烧瓶

热５ｍｉｎ，再将配置的ＮａＢＨ４水溶液迅速倒入圆底烧瓶中恒温搅拌５ｍｉｎ，最后称取一定量逡逑的催化剂加入圆底烧瓶中。反应开始立刻计时，，用排水法收集氢气计算体积。实验装置示逡逑意图如图２－２所示。逡逑－１逡逑＾－３邋Ｊ，逡逑ｃ＿＿—＞逦ｊ￣ｋ逡逑１－铁架台；２－圆底烧瓶反应器；３－恒温水槽；４－磁力搅拌器；逡逑５－储水瓶；６－量筒逡逑图２－２硼l,化钠水解产氢反应装置逡逑
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ116.21;TQ426;TG139.8

【相似文献】