氢能载体甲基环己烷脱氢催化剂Ni-Cu/γ-Al2O3的制备及其反应性能

摘要

随着全球能源问题的持续升级和石油资源的不断减少,环境污染问题的日益突出和环境可持续发展战略的全面实施,氢具有来源丰富、可再生性和高效无污染等优异特性,被视为21世纪甚至未来最理想的绿色能源。而在“氢能经济”时代,开发一种安全高效的储氢技术显得尤为关键。有机液态氢化物储氢技术是通过使某些烯烃、炔烃或芳香烃等不饱和的液态氢化物与氢气的高度可逆的反应来实现加氢和脱氢的一种储氢方法。本论文重点对甲基环己烷的催化脱氢反应进行了研究考察。
　　采用了共沉淀法、浸渍法和共沉淀—浸渍法三种不同的方法制备了Ni-Cu/γ-Al2O3双金属催化剂,且在制备的过程中使用了超声波等辅助手段,大大提高了催化剂的比表面积。利用连续流动态微型催化反应器-色谱联用装置,考察了采用三种不同方法所制备的Ni-Cu/γ-Al2O3双金属催化剂对氢能载体甲基环己烷(MCH)气相脱氢的催化性能。并通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜观察(SEM)、比表面积测定(BET)等对催化剂内部相结构以及表面形貌进行了表征。
　　结果表明:使用共沉淀—浸渍法制备的Ni-Cu/γ-Al2O3双金属催化剂催化性能优于共沉淀法和浸渍法制备的催化剂,其中,三种催化剂中Ni和Cu负载量均为26％且Ni与Cu之比为8:1。在反应温度673 K,反应压力0.6 MPa,体积流量比MCH/N2=19/27,混合进样体积空速240 h-1的条件下,甲基环己烷脱氢转化率达到98.5%,反应产物甲苯的选择性几乎达到100%。
　　同时实验也将共沉淀—浸渍法制备的26%Ni-Cu/γ-Al2O3双金属催化剂与3%Pt/C贵金属催化剂以及20%Ni/γ-Al2O3单金属催化剂进行了比较。三种催化剂都具有较好的高温脱氢活性,其中,采用共沉淀—浸渍法制备的Ni-Cu/γ-Al2O3双金属催化剂在反应温度为673 K时有较高的脱氢转化率,但Pt/C贵金属催化剂具有良好的低温脱氢性能,Ni/γ-Al2O3单金属催化剂则在这两方面本处于相对的劣势。

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第1章 绪论

1.1 储氢技术的研究背景以及意义

1.2 储氢技术的研究现状

1.2.1 物理储氢

1.3.2 气相脱氢实验模型

1.3.3 多相态脱氢实验模型

1.4 有机液态氢化物脱氢反应催化剂研究现况与进展

1.4.1 单金属催化剂

1.4.2 双金属催化剂

1.5 论文的研究思路及课题来源

1.5 论文的主要研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验用原料与仪器

2.1.1 实验原料与试剂

2.1.2 实验仪器与设备

2.2 催化剂的制备方法

2.2.1 共沉淀法

2.2.2 浸渍法

2.2.3 共沉淀—浸渍法

2.2.4 催化剂的表征手段

2.2.5 氢气程序升温还原系统

2.2.6 脱氢反应性能评价方法

3.3 反应产物的检测与分析方法

第3章 实验结果与讨论

3.1 共沉淀法实验结果与讨论

3.2 三种制备方法实验结果与讨论

3.2.1 催化剂XRD表征结果

3.2.2 催化剂BET和BJH表征结果

3.2.3 催化剂SEM表征结果

3.2.4 载气流速对甲基环己烷脱氢转化率的影响

3.2.5 反应压力对甲基环己烷脱氢转化率的影响

3.2.6 反应温度对甲基环己烷脱氢转化率的影响

3.2.7 催化剂释氢速率考察

3.2.8 催化剂稳定性考察

3.3 本章小结

第4章 结论与展望

4.1 主要结论

4.2 本实验创新点

4.3 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