大孔型Ni基催化剂用于乙醇水蒸气重整制氢反应的研究

论文摘要

镍基催化剂对乙醇水蒸气重整（ESR）反应具有高活性和高H2选择性，而且与贵金属相比价格低廉，是很有潜力的ESR制氢催化剂。但镍基催化剂的抗积碳和高温烧结性能仍有待进一步提高。从催化剂设计角度分析，优良的有序结构可以使催化剂的活性组分更高效地发挥作用，得到更好的催化性能，从而有效抑制积碳失活问题。大孔材料具有分布均一的大孔、排列有序的孔道、高的比表面积、良好的传质传热性能等特点，在催化领域有良好的应用前景。本文以聚苯乙烯（PS）胶晶为模板，通过柠檬酸络合法制得的三维有序大孔（3DOM）Ni/Mg-Al催化剂，具有十分大的比表面积和孔体积，能有效地促进活性组分高度分散在MgAl2O4尖晶石载体上。与非大孔催化剂进行对比，发现3DOM Ni/Mg-Al催化剂具有更高的H2选择性，能稳定运行100小时以上，而常规颗粒催化剂运行60小时即出现明显失活。此外采用向大孔整体式PS泡沫模板中填充水溶胶的方法制备大孔整体式Al2O3，并负载MgO和NiO制得大孔-介孔整体式Ni/Mg-Al催化剂。研究发现，该催化剂具有高比表面积（高达230m2/g）、大平均孔径、大孔体积等优点。ESR性能测试表明，反应100小时后催化剂仍有很高活性和H2选择性，且有效抑制了催化剂表面积碳，这主要归因于催化剂的优良的质量扩散及热量传导特性，以及Ni颗粒的高分散度。总结：大介孔催化剂中的Ni颗粒负载于分级的大孔-介孔载体上，增加了反应的活性位，利于提高ESR反应的催化性能，并且进一步提高了催化剂的稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 氢能源概述
• 1.1.1 氢能的意义
• 1.1.2 氢能开发和利用
• 1.2 乙醇制氢反应
• 1.2.1 乙醇制氢的意义
• 1.2.2 乙醇水蒸气重整反应途径
• 1.3 乙醇水蒸气重整催化剂
• 1.3.1 氧化物催化剂
• 1.3.2 贵金属催化剂
• 1.3.3 Co系催化剂
• 1.3.4 Ni系催化剂
• 1.3.5 乙醇水蒸气重整催化剂改进目标
• 1.4 整体式大孔结构催化剂的研究现状
• 1.4.1 三维有序大孔材料概述
• 1.4.2 整体式大孔材料概述
• 1.5 本论文研究背景和目的
• 第二章 三维有序大孔Ni/Mg-Al催化剂用于乙醇水蒸气重整制氢
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与气体
• 2.2.2 催化剂制备
• 2.2.2.1 PS微球的制备与组装
• 2.2.2.2 3DOM Ni/Mg-Al催化剂的制备
• 2.2.2.3 非大孔Ni/Mg-Al催化剂的制备
• 2.2.3 催化剂表征
• 2.2.4 催化剂性能测试
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 催化剂SEM结果
• 2.3.2 催化剂XRD结果
• 2.3.3 催化剂比表面积（BET），孔径与Ni分散度
• 2.3.4 催化剂TPR结果
• 2.3.5 催化剂的催化性能
• 2.4 本章小结
• 第三章 大孔-介孔整体式Ni/Mg-Al催化剂用于乙醇水蒸气重整制氢
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与气体
• 3.2.2 催化剂制备
• 3.2.2.1 大孔-介孔整体式模板的制备
• 3.2.2.2 大孔-介孔整体式Ni/Mg-Al催化剂的制备
• 3.2.2.3 非大孔Ni/Mg-Al催化剂的制备
• 3.2.3 催化剂表征
• 3.2.4 催化剂性能测试
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 大孔-介孔整体式氧化物的制备原理
• 3.3.2 大孔-介孔整体式材料照片
• 3.3.3 催化剂SEM结果
• 3.3.4 催化剂XRD结果
• 3.3.5 催化剂比表面积（BET），平均孔径分布与Ni分散度
• 3.3.6 催化剂TPR结果
• 3.3.7 催化剂性能评价
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢