Ni/ZrO2在乙醇蒸汽重整制氢反应中催化性能的研究

论文摘要

氢气作为一种绿色能源载体,其不断增长的需求,促进了人们对于生产、提纯、储存和利用氢气等方面研究的强烈兴趣。烃类和醇类重整是生产氢气的重要路线之一,乙醇具有其它化石和化工燃料无可比拟的优点,是燃料电池制氢最好的原料选择。本课题针对Ni/ZrO2催化乙醇蒸汽重整反应开展研究工作,考察了催化剂载体尺寸对催化剂反应性能的影响。采用化学沉淀法,在不同的焙烧温度下,制备了分别具有约9.1 nm、13.7 nm和27 nm尺度水平的ZrO2颗粒。采用湿法浸渍的方法制得Ni/ZrO2催化剂。在固定床反应器中对催化剂的活性和稳定性进行测试,并对反应前后的催化剂进行了表征。XRD测试结果表明,随着载体焙烧温度的升高,载体氧化物的颗粒逐渐增大,其负载的活性组分的颗粒也在增大。浸渍焙烧以后,载体氧化锆的尺寸变化不大。在常压,反应温度为600℃,S/C=3,GHSV=10000 h-1的条件下进行了不同尺度催化剂的30 h稳定性测试,结果表明,纳米尺度的Ni/ZrO2催化剂对乙醇水蒸汽重整制氢具有较高的催化反应活性和良好的稳定性。其中,NZ800催化剂的活性和稳定性最佳,其次是NZ600,再次是NZ400。在整个稳定性测试的过程中,乙醇转化率都保持100%,氢气选择性保持在90%以上。结合XRD和TEM表征分析表明,在纳米尺度范围内,催化剂载体表现出一定的尺度效应。即催化剂载体颗粒的粒径越大,相应催化剂的催化性能越好。

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ABSTRACT

第一章文献综述

1.1 前言

1.2 氢气的获得

1.2.1 制氢方式

1.2.2 生物质乙醇制氢

1.3 乙醇水蒸汽重整制氢反应

1.3.1 乙醇水蒸汽重整制氢反应的途径

1.3.2 乙醇水蒸汽重整制氢反应的热力学

1.3.3 乙醇水蒸汽重整制氢反应的动力学

1.3.4 乙醇水蒸汽重整制氢反应的反应机理

1.4 乙醇水蒸汽重整制氢催化剂研究

1.4.1 Pt、Ru、Rh、Pd 等贵金属催化剂

1.4.2 Cu、Ni、Co 等非贵金属催化剂

1.5 面临的科学问题及其现实意义

1.6 论文工作的提出

第二章实验部分

2.1 实验原料及规格

2.2 催化剂的制备

2的制备'>2.2.1 载体ZrO₂的制备

2.2.2 活性组分的浸渍

2.3 催化剂活性评价

2.3.1 实验装置及流程

2.3.2 催化剂活性评价反应条件

2.3.3 分析方法

2.3.4 催化剂活性评价指标

2.4 催化剂表征

2.4.1 热失重（TG/DTA）

2.4.2 场发射透射电镜（TEM）

2.4.3 比表面积及孔结构（BET）

2.4.4 X-射线衍射光谱（XRD）

2-TPR）'>2.4.5 程序升温还原（H₂-TPR）

2.4.6 电感耦合等离子体-原子发射光谱（ICP-OES）

2催化剂的制备和表征'>第三章 Ni/ZrO₂催化剂的制备和表征

3.1 孔分布及比表面积的测定

2孔分布及比表面积的测定'>3.1.1 ZrO₂孔分布及比表面积的测定

2比表面积及孔分布的测定'>3.1.2 Ni/ZrO₂比表面积及孔分布的测定

3.2 TEM 分析

2粉体的TEM 分析'>3.2.1 ZrO₂粉体的TEM 分析

2 TEM 分析'>3.2.2 Ni/ZrO₂ TEM 分析

3.3 XRD 分析

3.4 ICP 分析

2-TPR 分析'>3.5 H₂-TPR 分析

2催化剂活性及稳定性的考察'>第四章 Ni/ZrO₂催化剂活性及稳定性的考察

4.1 催化剂的筛选

4.2 工艺条件的选择

4.2.1 反应压力

4.2.2 反应温度

4.2.3 反应空速

4.2.4 水碳比

4.3 催化剂的稳定性的考察

4.3.1 催化剂长时间稳定性

4.3.2 反应后催化剂积炭的TG 分析

4.3.3 积炭产生原因分析

4.3.4 反应前后催化剂的XRD 分析

第五章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

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