煤基活性炭制备、改性及催化甲烷裂解研究

发布时间：2021-11-23 16:04

　　甲烷催化裂解（CMD）作为一种新型和具有发展前景的制氢工艺,由于反应过程产物易分离、无CO_x生成而受到广泛关注。作为催化反应的核心,催化剂的选择与制备成为首要考虑因素。煤基活性炭（AC）具有来源广、价格低廉、耐高温、无金属碳化物生成等优点,但是煤中矿物质在多孔炭成孔过程中的作用机理尚不明确。尽管该活性炭具有良好的耐高温性,但是较低的反应活性限制了工业化应用。本论文针对炭基催化剂活性低、易失活等问题,通过对制备方法控制、添加助剂和碳源选择等实现催化剂结构调控,获得高比表、高性能的炭基催化剂。首先采用浮选的小泉煤为碳源,KOH为活化剂,研究了煤中矿物质含量和种类对所制备活性炭结构以及催化甲烷裂解性能的影响。实验表明:煤中矿物质含量和组成对所得活性炭的结构性能有显著影响。随着煤中矿物质含量的增加,制备的活性炭总比表面积降低,而介孔表面积增大。煤样活化后的洗涤方法也影响活性炭的结构性质,水洗和酸洗使得矿物质在活化反应中所形成的盐类物质逐渐被脱除,其中溶于酸溶液的矿物质盐类在成孔过程中起到促进作用,尤其是介孔的形成。因此,活性炭比表面积和孔体积随脱灰程度而增加,但是矿物质含... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

炭纤维形成机理[28]

图1.2炭纤维形成机理[28]上述主要是基于金属催化剂上甲烷裂解机理。然而对于炭基催化剂来说,裂解反应主要发生在气固相界面上,这里的气固相界面包括表面缺陷、位错、缺位等。炭催化甲烷裂解过程活性位这一概念已被普遍接受,它是催化剂的活性中心。在炭基催化剂表面,高能位(空价位、断点位)和其它能量异常点,构成了催化活性位的主要部分[26],如图1.3所示。

然而其它研究发现,煤中的矿物质在活化过程中可以加速气化反应,对煤的热解和活性炭活化过程中的造孔有一定的促进作用。N A?zta?等[49]人研究了烟煤和酸洗煤低温热解过程中矿物质对热解产物的影响,揭示了煤中矿物质如钙、铁、镁等离子在热解过程中具有催化作用,并随着矿物质的脱除,热解转化率提高。Tellez Juárez[44]等人认为煤中的矿物质在活化过程中起到催化作用,从而使高灰煤在较低温度下制备的活性炭具有较高的比表面积。Zhang[50]等人以煤直接液化残渣为原料,通过KOH活化直接制备介孔炭材料,并用作催化甲烷裂解制氢。作者认为炭前驱体中的矿物质与KOH反应生成的盐类可充当炭材料孔结构的模板(如图1.4所示),随后通过外加矿物质的实验再一次证明了该结论。4)活化温度与时间影响

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3514222