抗硫中毒液体烃燃料水蒸气重整制氢Pt/CeGdO催化剂的制备、表征和性能研究

论文摘要

本文以具有萤石结构的Ce0.8Gd0.2O1.9复合氧化物为载体，利用初湿浸润法制备了负载型的Pt催化剂。以噻吩为硫源，异辛烷水蒸气重整为模型反应，考察了焙烧温度和制备方法对催化剂抗硫中毒性能的影响。利用原位红外漫反射技术对抗硫中毒Pt／Ce0.8Gd0.2O1.9催化剂和易硫中毒Pt／Al2O3催化剂上CO吸附及与噻吩／H2S共吸附进行了比较研究，结合催化剂H2-TPR表征，探讨了催化剂具有高抗硫中毒性能的本质，并对反应条件下噻吩硫的转化机理进行了初步研究。焙烧温度对催化剂抗硫中毒性能起着关键性作用。800℃焙烧的催化剂具有良好的抗硫中毒性能。600℃焙烧的催化剂由于较差的热稳定性和部分硫中毒共同导致其抗硫中毒性能较差。制备方法对催化剂抗硫中毒性能影响的结果表明，以柠檬酸溶胶-凝胶法、草酸共沉淀法和六亚甲基四胺共沉法制备载体的催化剂均具有良好的抗硫中毒性能。以柠檬酸溶胶-凝胶法制备载体的催化剂表现出最好的抗硫中毒性能。以共沉淀法制备载体的催化剂由于热稳定性较差以及Pt与CGO载体之间的相互作用较弱共同导致其抗硫中毒性能较低。催化剂H2-TPR表征结果表明，Pt与CGO载体之间的强相互作用是催化剂具有高抗硫中毒性能的本质。以柠檬酸溶胶-凝胶法制备载体的催化剂800℃焙烧使得Pt与CGO载体之间的相互作用最强，同时使催化剂具有良好的热稳定性，这是导致其具有抗硫中毒性能并且抗硫作用持久的根本原因。CO吸附-原位红外漫反射实验结果表明，Pt与CGO载体在界面处产生了强电子相互作用，而将电子传递到CGO载体上，导致Pt表面的缺电子特性，催化剂800℃焙烧有利于单一强电子相互作用的生成。这是催化剂具有高抗硫中毒性能的重要因素之一。在异辛烷水蒸气重整反应条件下，噻吩硫100％转化成H2S气体，其生成并不是通过酸催化的双分子氢转移过程和高压H2存在的氢解过程使噻吩硫进行转化的，而可能是通过氧化-还原机理进行的。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 燃料电池的研究概况
• 1.2.1 燃料电池的发展
• 1.2.2 燃料电池对环境的影响
• 1.2.3 燃料电池燃料的研究概况
• 1.2.4 燃料电池汽车的发展及其对环境的影响
• 1.3 车载汽油制氢技术的研究概况
• 1.3.1 水蒸气重整法
• 1.3.2 部分氧化重整法和自热重整法
• 1.3.3 等离子体重整法
• 1.4 液体烃燃料重整制氢催化剂的研究进展
• 2和掺杂CeO₂基复合氧化物的研究进展'>1.5 CeO₂和掺杂CeO₂基复合氧化物的研究进展
• 2的结构及其性质'>1.5.1 CeO₂的结构及其性质
• 2基复合氧化物的结构及其性质'>1.5.2 掺杂CeO₂基复合氧化物的结构及其性质
• 2基复合氧化物的制备'>1.5.3 掺杂CeO₂基复合氧化物的制备
• 2基复合氧化物的应用'>1.5.4 掺杂CeO₂基复合氧化物的应用
• 1.6 论文的工作思路
• 第二章 实验部分
• 2.1 催化剂的制备
• 2.1.1 化学试剂
• 2.1.2 催化剂的制备过程
• 2.2 催化剂的抗硫中毒性能评价
• 2.2.1 反应装置
• 2.2.2 催化剂的性能评价
• 2.3 催化剂的表征
• 2.3.1 XRD分析
• 2-BET测定'>2.3.2 N₂-BET测定
• 2-TPR测试'>2.3.3 H₂-TPR测试
• 2.3.4 Pt分散度测定
• 2.3.5 储氧量测定
• 2.3.6 积炭量测定
• 2.3.7 DRIFTS分析
• 2.3.8 HRTEM测试
• 0.8Gd_0.2O_1.9催化剂的制备、表征和抗硫性能'>第三章 异辛烷水蒸气重整制氢Pt/Ce_0.8Gd_0.2O_1.9催化剂的制备、表征和抗硫性能
• 3.1 引言
• 3.2 焙烧温度对催化剂抗硫中毒性能的影响
• 3.2.1 异辛烷水蒸气重整反应的条件考察
• 3.2.2 焙烧温度对催化剂催化性能的影响
• 3.2.3 催化剂的抗硫中毒性能
• 3.2.4 催化剂的抗硫中毒性能差异分析
• 3.3 制备方法对催化剂抗硫中毒性能的影响
• 3.3.1 制备方法对催化剂催化性能的影响
• 3.3.2 催化剂的抗硫中毒性能
• 3.3.3 催化剂的抗硫中毒性能差异分析
• 2O₃催化剂的抗硫中毒性能比较'>3.4 Ni/CGO和Pt/Al₂O₃催化剂的抗硫中毒性能比较
• 3.5 小结
• 0.8Gd_0.2O_1.9催化剂抗硫中毒本质的探讨'>第四章 Pt/Ce_0.8Gd_0.2O_1.9催化剂抗硫中毒本质的探讨
• 4.1 引言
• 4.2 CO吸附-原位红外漫反射实验
• 4.3 Pt与CGO载体之间相互作用的强弱
• 2-TPR表征结果'>4.3.1 H₂-TPR表征结果
• 4.3.2 HRTEM测试结果
• 4.4 CO吸附-原位红外漫反射表征结果
• 4.4.1 CO的吸附
• 4.4.2 CO/噻吩共吸附
• 2S共吸附'>4.4.3 CO/H₂S共吸附
• 4.5 小结
• 第五章 噻吩硫的转化机理浅析
• 5.1 引言
• 5.2 反应尾气的检测
• 5.3 反应后催化剂的DRIFTS分析
• 5.4 噻吩硫的转化机理推测
• 5.5 噻吩硫的转化机理验证
• 5.6 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 硕士期间申请的专利
• 致谢