甲基环己烷新型脱氢催化剂Ni-Cu/γ-Al2O3-ZrO2的制备及其反应性能

摘要

随着科技的进步及社会的发展，人类对于能源有了新的要求，煤炭、石油、天然气等传统能源的人均占有量逐年递减，传统能源在使用过程中对环境造成的污染日益严重，面对能源危机及日益突出的环境问题，新型能源的开发迫在眉睫。氢能具有资源丰富、高燃值、无污染等优点，被视为21世纪最理想的新型能源，然而，氢气的体积密度低，如何提高氢气的高密度储存及安全、长距离运输是实现“氢能社会”的关键。有机液态氢化物具有储氢密度高、加氢-脱氢反应高度可逆、运输安全便携等特性，是非常有潜力的储氢方式。有机液态氢化物储氢主要以芳烃类化合物（苯、甲苯、萘）为载体，载体先通过催化加氢反应实现氢气的储存，再经过催化脱氢反应实现氢气的释放。
　　本文以甲基环己烷为模型化合物，考察其在微反装置上的催化脱氢反应。采用共沉淀法制备出复合载体γ-Al2O3-ZrO2，制备过程中通过使用超声波技术增大载体的比表面积，调节Zr/Al摩尔比，制备了一系列不同Zr/Al摩尔比复合载体，通过X射线衍射分析，研究发现，Al2O3和ZrO2分别以γ相、四方晶相存在。采用浸渍、共沉淀和沉积沉淀三种方法制备了Ni-Cu/γ-Al2O3-ZrO2催化剂，通过X射线衍射（XRD）、程序升温脱附法（NH3-TPD）、程序升温还原（H2-TPR）、透射电镜（TEM）、比表面积测定（BET）等手段对催化剂进行表征分析，结果显示浸渍法制备的催化剂表面含有更多的Ni0，观察到催化剂中形成了Ni-Cu合金。催化剂表面酸性对于催化性能有较大影响，浸渍法制备的催化剂表面含有弱酸及中等强度酸中心，三种方法制备的催化剂均有较大的比表面积，孔径和孔容，且活性组分的负载对载体孔径和孔容无较大影响。利用流动态微反装置，考察了甲基环己烷在不同催化剂下的脱氢性能，同时对反应影响参数：反应温度、n(Ni):n(Cu)、原料 LHSV、n(Al):n(Zr)等进行了优化。结果表明：采用浸渍法制备的Ni-Cu/γ-Al2O3-ZrO2催化剂表现出较优的催化活性，其条件为：反应温度450℃，n(Ni):n(Cu)=8:2，n(Zr):n(Al)=0.25，LHSV=10h-1，此时甲基环己烷转化率为82.6％，产物甲苯的选择性达到98.2%。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 氢能的概述

1.3 储氢研究意义

第2章 文献综述

2.1 储氢技术的研究现状

2.2 有机液态氢化物脱氢研究现状

2.3 有机液态氢化物脱氢反应催化剂研究现况与进展

2.4 论文的研究思路

2.5 论文主要研究内容

第3章 实验方法

3.1 实验所用原料与仪器

3.2 载体和催化剂的制备方法

3.3 催化剂的表征手段

3.4 催化剂的性能评价方法

3.5 反应产物的检测与分析方法

第4章 实验结果与讨论

4.1 催化剂的表征结果

4.2 甲基环己烷催化脱氢反应

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 本研究创新点

5.3 建议与展望

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间公开发表的论文