燃料电池电动车用甲醇重整制氢催化剂的研究

摘要

以甲醇为燃料经车载甲醇重整器制氢的质子交换膜燃料电池电动车,目前被各国专家一致认为是最有可能投入商业应用的燃料电池电动车方案之一.该论文工作的重点即为开发能满足车载甲醇重整器制氢系统需要的系列高活性、高选择性、良好稳定性的高效廉价催化剂,并对筛选出的高效催化剂进行了反应条件的优化及热力学和动力学的研究.该论文的创新之处:1.研制出了能很好地满足车载甲醇重整器需要的高活性、高选择性、良好稳定性的高效廉价的Samp-10催化剂;2.研制出的以LDHs为前驱体制备的LDHZr-2催化剂,在SRM制氢反应中具有优异的CO<,2>选择性,可使产物中CO摩尔含量达到700~800ppm之间.

目录

文摘

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华南理工大学学位论文原创性声明及授权书

符号说明

第一章绪论

1.1引言

1.1.1内燃机汽车对大气污染的现状

1.1.2零排放的燃料电池电动车

1.1.3间接甲醇燃料电池

1.2燃料电池电动车上甲醇制氢的方法

1.2.1氢能源概述

1.2.2甲醇制氢的现状

1.2.3甲醇重整制氢催化剂的现状

1.3甲醇水蒸气重整反应机理的研究现状

1.3.1反应步骤

1.3.2反应机理的探讨

1.3.3动力学模型的建立

1.3.4小结

1.4本论文研究的背景、技术路线及特点

1.4.1成果的市场需求、应用前景、预期经济、社会效益

1.4.2研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

第二章实验部分

2.1化学试剂及实验仪器

2.2催化剂的制备方法

2.3催化剂的活性评价

2.3.1催化剂活性评价流程图

2.3.2催化剂活性评价方法

2.3.3数据处理方法

2.4催化剂的表征方法

第三章甲醇水蒸气重整制氢催化剂的研究

3.1甲醇水蒸气重整制氢催化剂的设计

3.2 LDHs前驱体制备的催化剂的活性研究

3.2.1 CuZnA10催化剂的催化性能

3.2.2 ZrO2的加入对催化性能的影响

3.2.3助剂CeO2的加入对催化性能的影响

3.2.4催化剂的稳定性实验

3.3 LDHs前驱体制备催化剂的表征

3.3.1催化剂的XRD表征

3.3.2催化剂的SEM表征

3.4共沉淀法制备的CuZnA10类铜系催化剂的活性研究

3.4.1 CuZn(Zr,Ce)A10催化剂的催化性能

3.4.2催化剂最佳组成的确定

3.4.3催化剂最佳反应条件的确定

3.4.4催化剂的稳定性实验

3.5共沉淀法制备的CuZnA10类铜系催化剂的表征

3.5.1催化剂的XRD表征

3.5.2催化剂的SEM表征

3.5.3催化剂的XPS表征

3.6小结

第四章甲醇氧化水蒸气重整制氢催化剂的研究

4.1甲醇氧化水蒸气重整催化剂的筛选

4.1.1 LDHs前驱体制备的催化剂的研究

4.1.2共沉淀法制备的CuZnA10类铜系催化剂的研究

4.1.3两类催化剂的比较

4.2催化剂最佳反应条件的确定

4.2.1催化剂的反应性能与反应温度的关系

4.2.2催化剂的反应性能与H2O/MeOH比的关系

4.2.3催化剂的反应性能与O2/MeOH比的关系

4.2.4催化剂的反应性能与空速的关系

4.3甲醇氧化水蒸气重整催化剂的XRD表征

4.4小结

第五章甲醇水蒸气重整反应的热力学分析

5.1前言

5.2常压下化学平衡常数的计算

5.3反应系统平衡组成的理论计算

5.4反应系统实际组成和平衡组成的比较

5.5实际反应与平衡极限的比较

5.6小结

第六章甲醇水蒸气重整反应动力学研究

6.1前言

6.2动力学前期实验

6.2.1空白实验

6.2.2外扩散的排除

6.2.3内扩散的排除

6.3动力学数据的处理

6.3.1动力学模型的确立

6.3.2动力学方程的线性化

6.3.3动力学数据的处理

6.3.4参数的确定

6.4动力学表达式的检验

6.4.1相关度的分析

6.4.2方差分析

6.5小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢