铁铬系变换催化剂沉淀法合成过程的优化

摘要

本文采用共沉淀法制备铁铬系变换催化剂,运用微反色谱装置进行活性评价,并通过XRD、TEM、TG/DTA、BET等测试手段进行表征,在关联分析各沉淀过程参数及沉淀物、焙烧后和使用后样品组成织构的基础上,对湿法合成铁铬变换催化剂的制备工艺进行优化。对比考察氧化铬含量与制备方法对铁铬系催化剂活性的影响,实验结果显示当氧化铬含量为8％、封闭系统条件下正加法(母液中滴入碱液)制备的催化剂样品催化活性相对较高。不同反应沉淀终点pH所制备催化剂样品均以γ-Fe2O3晶体为主晶相,无单独铬化合物存在,铬进入晶格替换部分铁,但γ-Fe2O3晶体完整性存在差异。当反应沉淀终点pH处于9~10之间时,所制备的催化剂活性较高。氧化铬的存在阻碍了颗粒长大,并促进了均匀颗粒的形成,提高了比表面积。使用后样品主晶相均为Fe3O4晶体。适当反应沉淀终点pH,反应溶液中Fe2+离子完全沉淀,催化剂结构稳定,提高了γ-Fe2O3晶体还原成Fe3O4晶体的还原温度,有助于提高催化剂的热稳定性。对反应沉淀过程助剂CrO3的加入方式及熟化过程进行优化的结果表明,碱液滴入CrO3与铁原料配制的混合液进行反应沉淀,经高压水热熟化处理的催化剂样品活性较高。反应沉淀过程中助剂CrO3的加入方式影响了催化剂的内部结构,γ-Fe2O3向Fe3O4还原温度较高的样品具有较高的耐热活性,在一定压力下熟化可以增大催化剂颗粒的均匀性及比表面积。

目录

摘要

ABSTRACT

前言

第一章 文献综述

1.1 变换反应及其催化剂研究状况

1.1.1 水煤气变换反应简述

1.1.2 变换反应及其催化剂在燃料电池技术中的应用

1.1.3 变换催化剂研究进展

1.2 铁基高变催化剂的研究进展

1.2.1 低水气比铁基高变催化剂的发展状况

1.2.2 低铬、无铬铁基高变催化剂的发展状况

1.2.3 燃料电池技术对铁基高变催化剂性能的新要求

1.3 铁基高变催化剂变换反应机理及各组份的作用

1.3.1 变换反应机理

1.3.2 铁氧化物的晶体结构描述

1.3.3 铁氧化物在催化剂中的作用

1.3.4 铬氧化物在催化剂中的作用

1.4 湿法合成过程中反应结晶过程简述

1.4.1 晶体成核机理

1.4.2 晶体生长机理

1.4.3 反应结晶过程分析

1.5 选题意义及内容

第二章 实验设计

2.1 主要试剂和仪器

2.2 催化剂制备方法

2.3 铁铬系变换催化剂制备过程简述

2.4 催化剂的活性测试

2.4.1 催化剂活性评价方法

2.4.2 影响催化剂活性的测试条件及确定

2.4.3 催化剂的活性测试条件

2.4.4 催化剂活性测试方法

2.4.5 催化剂活性测试流程及说明

2.5 空白试验

2.6 催化剂的表征

2.6.1 X-射线粉末衍射分析

2.6.2 TEM 电子显微镜表征

2.6.3 热重和差热分析

2.6.4 TPR 测试

2.6.5 比表面积测定

2.7 主要研究内容

第三章 实验结果与讨论

3.1 助剂铬含量优化实验

3.2 制备方法的优化

3.2.1 开放与封闭系统制备催化剂性能比较

3.2.2 正加法与反加法合成催化剂性能比较

3.3 反应沉淀终点PH 对催化剂性能的影响

3.3.1 不同反应沉淀终点PH 催化剂活性评价

3.3.2 不同反应沉淀终点PH 制备催化剂的表征

3.3.3 催化剂结构及性能与反应沉淀终点PH 关系的分析与探讨

3.4 反应沉淀过程原料 CrO_3不同加入方式对催化剂性能的影响

3.4.1 反应沉淀过程原料 CrO_3不同加入方式催化剂活性评价

3.4.2 反应沉淀过程不同 CrO_3加入方式催化剂的表征

3.4.3 原料 CrO_3加入方式对催化剂结构及催化性能影响的探讨

3.5 熟化工艺对催化剂性能的影响

3.5.1 不同熟化工艺催化剂活性评价

3.5.2 不同熟化工艺催化剂的表征

3.5.3 熟化工艺对催化剂结构与性能的影响

第四章 结论

参考文献

致谢

附录

作者简介