双金属催化剂用于苯酚水蒸气重整制氢反应的研究

摘要

生物质是一种可再生能源，含量丰富，分布广阔，很有可能会成为未来可持续能源系统的重要组成部分。通过热解生物质而得到的生物质油，具有收集快速，运输方便和能量密度较高的优势。其中，酚类化合物是生物质油中不可忽视的组成部分。生物质油水蒸气重整制氢技术是解决当今世界面临能源危机和环境污染两大难题的重要手段。本文主要研究双金属催化剂在苯酚水蒸气重整制氢反应中的性能。
　　在共沉淀法制备的镍钴催化剂中，控制镍钴20%的总摩尔量不变，改变镍钴各自的摩尔含量。共沉淀法制备的8个镍钴催化剂在反应温度为700℃，水碳比为13.33，质量空速为20h-1的条件下，进行苯酚水蒸气重整制氢反应的研究，并对部分的催化剂进行表征。16%Ni4%Co-cp催化剂表现出最佳的催化活性和氢气选择性，苯酚转化率为85.85%，氢气选择性为81.90%。BET和TEM的表征结果说明，在共沉淀法制备的镍基催化剂中，添加少量的钴金属能够增大比表面积，减少颗粒尺寸。同样，在浸渍法制备的镍钴催化剂中，18%Ni2%Co-ip催化剂表现出最佳的催化活性和氢气选择性，苯酚转化率为85.65%，氢气选择性为78.82%。XRD和TPR的表征结果说明，在共沉淀法制备的催化剂中，镍金属以NiAl2O4物质形式存在，钴金属以自由型Co3O4和CoAl2O4物质形式存在。在浸渍法制备的催化剂中，镍金属以NiO和NiAl2O4物质形式存在，钴金属以载体型Co3O4和CoAl2O4物质形式存在。
　　在共沉淀法制备的双金属催化剂中，16%Ni4%Zn-cp催化剂展现出最高的苯酚转化率为86.23%，16%Ni4%Co-cp催化剂展现出最高的氢气收率为81.90%。在共沉淀法制备的镍钴催化剂中，考察镍钴含量对性能的影响。24%Ni6%Co-cp催化剂展现出最高的催化活性，苯酚转化率为87.86%。16%Ni4%Co-cp催化剂展现出最高的氢气选择性，氢气收率为81.90%。还探索反应工艺条件对16%Ni4%Co-cp催化剂在苯酚水蒸气重整制氢反应中的性能影响，以及在反应温度为700℃，水碳比为13.33，质量空速为20h-1的条件下，16%Ni4%Co-cp催化剂的稳定性。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 背景与意义（Background and Significance）

1.2 生物质能定义与利用（Definition and Utilization of Biomass）

1.3 生物质制氢（Hydrogen Production from Biomass）

1.4 生物质油水蒸气重整制氢（ Hydrogen Production from the Steam Reforming of Bio-oil）

1.5 苯酚水蒸气重整制氢（Hydrogen Production from the Steam Reforming of Phenol）

1.6 研究内容（Research Content）

2 实验

2.1 实验原料（Experimental Materials）

2.2 实验仪器（Experimental Instruments）

2.3 实验装置（Experimental Equipment）

2.4 实验评价（Experimental Evaluation）

2.5 催化剂表征（Catalysts Characterization）

3 共沉淀法制备的镍钴催化剂对催化性能的影响

3.1 共沉淀法制备镍钴催化剂（The Co-precipitation Method of Ni/Co Catalysts）

3.2 共沉淀法制备的镍钴催化剂的 BET 分析（ BET of Ni/Co Catalysts from the Co-precipitation Method）

3.3 共沉淀法制备的镍钴催化剂的 TEM 分析（TEM of Ni/Co Catalysts from the Co-precipitation Method）

3.4 共沉淀法制备的镍钴催化剂的XRD与TPR分析（XRD and TPR of Ni/Co Catalysts from the Co-precipitation Method）

3.5 共沉淀法制备的镍钴催化剂的性能分析（ Performance of Ni/Co Catalysts from the Co-precipitation Method）

3.6 本章小结 （Chapter Summary）

4 浸渍法制备的镍钴催化剂对催化性能的影响

4.1 浸渍法制备镍钴催化剂（The Impregnation Method of Ni/Co Catalysts）

4.2 浸渍法制备的镍钴催化剂的 BET 分析（ BET of Ni/Co Catalysts from the Impregnation Method）

4.3 浸渍法制备的镍钴催化剂的XRD与TPR分析（XRD and TPR of Ni/Co Catalysts from the Impregnation Method）

4.4 浸渍法制备的镍钴催化剂的性能分析（Performance of Ni/Co Catalysts from the Impregnation Method）

4.5 本章小结（Chapter Summary）

5 共沉淀法制备的双金属催化剂

5.1 比较共沉淀法制备的各种双金属催化剂（ Comparison of Different Bimetallic Catalysts from the Co-precipitation Method）

5.2 镍钴含量对催化性能的影响（Effects of Ni/Co Content on the Catalytic Performance）

5.3 本章小结（Chapter Summary）

6 反应工艺条件对 16%Ni4%Co-cp 催化剂性能的影响

6.1 反应温度对 16%Ni4%Co-cp 催化剂性能的影响（Effects of Reaction Temperature on the 16%Ni4%Co-cp Catalyst）

6.2 进料空速对 16%Ni4%Co-cp 催化剂性能的影响（Effects of WHSV on the 16%Ni4%Co-cp Catalyst）

6.3 水碳比对16%Ni4%Co-cp催化剂性能的影响（Effects of S/C on the 16%Ni4%Co-cp Catalyst）

6.4 16%Ni4%Co-cp催化剂的稳定性（Stability of 16%Ni4%Co-cp Catalyst）

6.5 本章小结（Chapter Summary）

7 结论

参考文献

作者简历

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