论文题目: 碳纳米管负载非晶态镍磷的催化性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 工业催化
作者: 居艳
导师: 李凤仪
关键词: 碳纳米管,非晶态合金,载体,苯加氢,热稳定性
文献来源: 南昌大学
发表年度: 2005
论文摘要: 在共沉淀法制备的3种镍基催化剂上裂解甲烷制备了碳纳米管，研究结果表明：催化剂的性质对碳纳米管的产率，结构，形貌和物性有重要影响。应用XRD，TEM，BET和TG等表征手段对碳纳米管进行了表征。在Ni-Cu-Al催化体系中加入少量碳酸钠会降低碳纳米管的产率，使竹节状碳纳米管转变成大内径碳纳米管。体系中的碳酸钠对控制碳纳米管的形貌起了重要作用。利用化学气相沉积技术在多孔氧化铝模板上制备了取向碳纳米管阵列。通过控制阳极氧化电压可以调节膜板的孔径，进而可以控制碳管的直径。 以次磷酸为还原剂，有机胺为pH值调节剂，用诱导——化学还原法制备了非晶态NiP／CNTs催化剂。以苯加氢为探针反应，研究了碳纳米管的不同处理方法以及催化剂的制备条件对非晶态NiP／CNTs催化活性的影响。用XRD，TEM，ICP，TPR，XPS，H2-TPD和DTA等方法对催化剂进行了表征。讨论了载体——碳纳米管和稀土对非晶态NiP／CNTs催化剂活性和热稳定性的影响。实验结果表明：硝酸氧化和KOH活化均能促进碳纳米管负载非晶态NiP的催化活性。催化剂的制备条件对非晶态NiP／CNTs催化剂活性有一定影响。NiP在载体上具有非晶态结构。合金负载后粒径明显变小，分散度和比表面积有很大提高。非晶态NiP／CNTs催化剂中磷以及碳纳米管都能向镍给出电子，使镍表面富电子状态。富电子状态的镍更易被还原，氢在其上的吸附强度降低。非晶态NiP／CNTs催化剂的苯加氢活性较非晶态NiP合金低，但其比活性更高。这与载体的分散作用、载体与合金问相互作用、非晶态NiP／CNTs催化剂中Ni-H吸附键较弱以及碳纳米管的贮氢性能有关。非晶态NiP合金在碳纳米管上负载后热稳定性增强。这与载体所起的分散作用、传热贮热作用以及载体与合金间的相互作用密不可分。在非晶态NiP／CNTs合金中加入适量的稀土后，催化剂中镍含量、合金体相中的镍含量、催化剂的表面积以及活性镍表面积均有所增加。稀土能以结构效应以及电子效应促进非晶态NiP／CNTs催化剂苯加氢活性的提高。加入大量稀土会掩盖表面镍的活性位，从而导致催化剂活性下降。加入少量稀土改善了催化剂的热稳定性，主要是大尺寸稀土原子部分取代晶格中镍原子，降低了自由体积和原子扩散系数，同时稀土的分散作用有效阻止了镍原子聚集，使得非晶态合金更稳定。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 碳纳米管的结构及特性
1.2 碳纳米管的制备
1.2.1 催化裂解法
1.2.1.1 催化剂活性组分
1.2.1.2 载体
1.2.1.3 催化剂制备方法
1.2.1.4 碳源
1.2.1.5 反应条件
1.2.2 多孔氧化铝模板法制备取向碳纳米管阵列
1.2.2.1 多孔氧化铝膜的形成原理
1.2.2.2 电压
1.2.2.3 电解液
1.2.2.4 催化剂
1.2.2.5 气相沉积温度
1.3 碳纳米管在催化上的应用
1.3.1 碳纳米管的处理方法
1.3.1.1 碳纳米管的纯化处理
1.3.1.2 碳纳米管的活化处理
1.3.2 碳纳米管负载催化剂在催化反应中的应用
1.3.2.1 加氢反应
1.3.2.2 催化裂解碳氢化合物
1.3.2.3 其它反应
1.4 非晶态催化剂的研究进展
1.4.1 非晶态概述
1.4.2 非晶态合金作为催化剂材料的主要制备方法
1.4.2.1 熔融骤冷法
1.4.2.2 化学还原法
1.4.3 非晶态合金在催化反应中的应用
1.4.3.1 非晶态合金在化学工业中的应用
1.4.3.2 非晶态合金应用的催化反应类型
1.4.3.3 非晶态NiP合金在不饱和基团加氢反应中的应用
1.5 论文的研究目的及主要研究内容
1.5.1 论文的研究目的
1.5.2 论文的研究内容
1.5.3 拟解决的关键问题
1.5.4 课题的来源
参考文献
第二章 实验方法和数据处理
2.1 实验原料
2.2 碳纳米管的制备
2.2.1 催化裂解法制备碳纳米管
2.2.1.1 镍基催化剂前驱体的制备
2.2.1.2 催化裂解甲烷制备碳纳米管
2.2.1.3 碳纳米管的纯化
2.2.2 多孔氧化铝模板法制备碳纳米管
2.2.2.1 多孔氧化铝模板的制备和催化剂负载
2.2.2.2 模板上生长碳纳米管
2.3 碳纳米管负载非晶态镍磷(NiP／CNTs)催化剂的制备
2.3.1 碳纳米管的处理
2.3.1.1 硝酸处理
2.3.1.2 氢氧化钾处理
2.3.2 非晶态NiP／CNTs催化剂的制备
2.3.3 含稀土的非晶态NiP／CNTs催化剂的制备
2.3.4 非晶态NiP／CNTs催化剂的活性评价
2.4 样品的表征
2.4.1 样品微观结构的鉴定
2.4.2 样品比表面积的测定
2.4.2.1 比表面积测定原理
2.4.2.2 比表面积测定步骤
2.4.3 样品组成分析
2.4.4 样品的热稳定性考察(TG-DTA)
2.4.5 样品的形貌分析(SEM和TEM)
2.4.6 红外(IR)研究
2.4.7 X-光电子能谱(XPS)研究
2.4.8 程序升温还原(TPR)和程序升温脱附(TPD)
2.4.8.1 TPR的实验原理和实验步骤
2.4.8.2 TPD的实验原理和实验步骤
第三章 碳纳米管的制备
3.1 Ni-Al催化剂上催化裂解甲烷制备碳纳米管
3.1.1 催化剂的结构和还原
3.1.2 反应温度对碳纳米管生长的影响
3.1.3 催化剂组成对碳纳米管生长的影响
3.1.4 碳纳米管的形貌
3.2 Ni-Cu-Al催化剂上催化裂解甲烷制备碳纳米管
3.2.1 催化剂的结构和还原
3.2.2 铜含量对碳纳米管生长的影响
3.2.3 反应温度对碳纳米管生长的影响
3.2.4 碳纳米管的形貌
3.2.5 在Ni-Cu-Al催化体系中加入碳酸钠的影响
3.2.5.1 加入碳酸钠对甲烷转化率及碳管产率的影响
3.2.5.2 加入碳酸钠对碳纳米管形貌的影响
3.2.5.3 加入碳酸钠的体系中碳纳米管的生长机理
3.3 Ni-La-Al催化剂上催化裂解甲烷制备碳纳米管
3.3.1 催化剂的结构和还原
3.3.2 反应温度对碳纳米管生长的影响
3.3.3 镧含量对碳纳米管生长的影响
3.3.4 碳纳米管的形貌
3.4 3种镍基催化剂制备碳纳米管的对比
3.4.1 3种镍基催化剂催化性能的对比
3.4.2 不同催化剂制备的碳纳米管形貌的对比
3.4.3 不同催化剂制备的碳纳米管物性的对比
3.4.4 不同催化剂制备的碳纳米管热稳定性的对比
3.5 多孔氧化铝模板法制备碳纳米管
3.5.1 多孔氧化铝模板的表面形貌
3.5.2 模板法制备的碳纳米管的形貌
3.6 本章小结
参考文献
第四章 碳纳米管的处理对其负载非晶态NiP催化剂的影响
4.1 硝酸氧化对碳纳米管负载非晶态NiP的影响
4.1.1 硝酸氧化对非晶态NiP／CNTs催化活性的影响
4.1.2 硝酸氧化对碳纳米管红外光谱的影响
4.1.3 硝酸氧化时间对碳纳米管负载非晶态NiP的影响
4.2 KOH处理对碳纳米管负载非晶态NiP的影响
4.2.1 KOH处理对非晶态NiP／CNTs催化活性的影响
4.2.2 KOH处理对碳纳米管比表面积的影响
4.2.3 KOH处理对碳纳米管微观结构的影响
4.2.4 KOH处理对非晶态NiP／CNTs还原性能的影响
4.3 本章小结
参考文献
第五章 碳纳米管负载非晶态NiP催化剂的制备及其催化性能研究
5.1 制备非晶态NiP合金的反应原理
5.2 非晶态NiP／CNTs催化剂的制备方法
5.2.1 非晶态NiP合金的负载方法
5.2.2 非晶态NiP／CNTs催化剂的制备体系
5.3 非晶态NiP／CNTs催化剂制备条件研究
5.3.1 次磷酸与镍盐的配比对催化剂组成和催化活性的影响
5.3.2 不同镍盐对催化剂组成和催化活性的影响
5.3.3 反应体系初始pH值对催化剂组成和催化活性的影响
5.3.4 制备温度对催化剂组成和催化活性的影响
5.3.5 制备时间对催化剂组成和催化活性的影响
5.4 催化剂的分析表征
5.4.1 催化剂的形貌
5.4.2 催化剂的结构
5.4.3 催化剂的组成和比表面积
5.4.4 催化剂的XPS分析
5.4.5 催化剂的TPR分析
5.4.6 催化剂的H_2-TPD分析
5.5 催化剂的苯加氢催化活性研究
5.6 催化剂的热稳定性研究
5.7 本章小结
参考文献
第六章 稀土对碳纳米管负载非晶态NiP催化剂性能的影响
6.1 NiP-RE／CNTs催化剂的分析表征
6.1.1 NiP-RE／CNTs催化剂的组成和比表面积
6.1.2 NiP-La／CNTs催化剂的XPS分析
6.1.3 NiP-RE／CNTs催化剂的TPR分析
6.1.4 NiP-RE／CNTs催化剂的H_2-TPD分析
6.2 NiP-RE／CNTs催化剂的苯加氢活性研究
6.2.1 稀土的种类对催化活性的影响
6.2.2 稀土的含量对催化活性的影响
6.3 NiP-RE／CNTs催化剂的热稳定性研究
6.4 本章小结
参考文献
结论与展望
攻读学位期间发表论文情况
致谢
发布时间: 2006-09-13
参考文献
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