介孔Ni/MgO催化剂上Ni纳米粒子尺寸的调变及催化性能研究

摘要

活性组分粒子的尺寸调控，对设计和制备性能优异的催化剂，提高催化剂的活性和稳定性起着重要的作用。本文制备了一系列Ni基介孔MgO催化剂(Nix/MgO)，控制其活性组分Ni粒子的平均尺寸在3.6-8.8nm。利用N2吸附/脱附，H2-TPR，XRD，XPS和TEM对催化剂进行了表征;考察了水蒸气重整丁醇和丁醇混合物（丁醇-丙酮-乙醇=6/3/1，质量比）制氢反应中，催化剂活性组分的尺寸效应及稳定性。
　　结果表明，随着Ni粒子尺寸的增加，丁醇的转化率逐渐增加，但氢气的选择性和产率与Ni粒子的尺寸呈现类火山型的关系。在两个模型催化反应系统中，Ni0.12/MgO催化剂展示了最好的催化性能。但是，Ni粒子的尺寸效应在水蒸气重整丁醇和丁醇-丙酮-乙醇的混合物中有所差异。特别在水蒸气重整丁醇-丙酮-乙醇反应中，Ni0.20/MgO(Ni粒子尺寸在～8.83nm)的催化性能甚至高于Ni0.08/MgO(Ni粒子尺寸在～4.87nm)催化剂。
　　介孔Nix/MgO催化剂在丁醇和丁醇-丙酮-乙醇水蒸气重整反应中，催化性能差异的主要原因为:在Ni集合位点缺失的情况下，丁醇、丙酮和乙醇竞争Ni活性位点，使其化学键断裂。丙酮作为积碳反应的前驱体，如果优先吸附在有限数量的Ni集合位点上，不仅抑制了丁醇和乙醇分子与Ni活性位点的接触，而且容易在催化剂表面产生积碳，导致催化剂活性降低，使反应物和中间产物不能完全被重整。结合相关文献，认为:在Ni金属粒子尺寸效应中，反应物分子的结构，对反应物的转化以及产物的分布也起到至关重要的作用。由此，根据水蒸气重整丁醇中的产物分布以及水蒸气重整有机物的反应机理，合理地推断出了水蒸气重整丁醇的反应路径。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 氢气的制备方法

1．3 生物质发酵制备丁醇

1．3．1 生物质发酵制备丁醇的背景

1．3．2 生物质发酵制备丁醇的方法

1．3．3 生物质发酵制备丁醇的现状

1．4 水蒸气重整反应催化剂

1．4．1 活性组分的选择

1．4．2 载体的选择

1．4．3 介孔MgO载体的制备

1．5 生物醇水蒸气重整制氢反应

1．6 本文的工作思路及主要研究内容

第2章 实验方法

2．1 实验仪器及药品

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验药品

2．1．3 实验气体

2．2 催化剂的制备

2．2．1 无模板法制备介孔MgO载体

2．3．2 程序升温还原(H2-TPR)

2．4．1 装置及方法

2．4．2 产物分析

第3章 催化剂的表征

3．1 N2吸附／脱附表征

3．2 H2-TPR表征

3．3 XRD表征

3．3．1 小角XRD表征

3．3．2 大角XRD表征

3．4 XPS表征

3．5 TEM表征

3．6 本章小结

第4章 介孔Nix／MgO催化水蒸气重整丁醇制氢

4．1 介孔Nix／MgO催化水蒸气重整丁醇制氢的活性

4．2 介孔Nix／MgO催化水蒸气重整丁醇混合物制氢的活性

4．3 本章小结

第5章 介孔Nix／MgO催化水蒸气重整丁醇的稳定性

5．1．1 TEM表征

5．1．2 TG表征

5．2 介孔Nix／MgO催化剂的稳定性

5．3 水蒸气重整丁醇的催化反应路径

5．4 本章小结

结论

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

声明

致谢