不同碳载体上负载Pt催化甲基环乙烷脱氢性能的研究

摘要

氢能源因具有来源丰富、燃烧清洁、可再生和能量密度高等优点被认为是一种潜在的、可代替化石燃料的“绿色能源”。甲基环己烷(MCH)与甲苯(TOL)的脱氢-加氢循环过程因其储能密度高、低毒无污染、储能介质常温下为液态、可被用于车载体系，被认为是最具应用价值的有机液体储氢介质。另一方面，随着生活水平的提高和汽车工业的高速发展，废旧轮胎数量日益增多。热解法具有产物再利用率高，环境友好且经济效益高等优点，是目前最实际可行的处理废轮胎的方法之一。热解炭黑含量为热解产物的33％～40％，因此，如何充分利用热解炭黑成为废轮胎热解工艺的关键。本文主要采用废轮胎热解炭为载体，贵金属Pt为活性组分，考察影响MCH脱氢的因素。
　　首先考察了以氧化物和碳材料为载体制备的催化剂催化MCH脱氢的性能，研究表明，以碳材料为载体制备的Pt催化剂表现出优异的催化活性。不同改性方法对碳材料表面有很大影响，吸附行为很好地反映了碳材料的表面性质。通过研究水蒸气和反应产物甲苯(TOL)在活性炭和废轮胎热解炭上的吸附行为，对碳材料的表面性质进行了全面的分析。采用惰性气体氛围下焙烧及焙烧后再处理的方式研究了载体表面的官能团对MCH脱氢性能的影响，结果表明羧基、酸酐及磺酸基等含氧官能团有利于MCH的脱氢。同时采用不同的改性方式处理热解炭和活性炭，结果表明以稀硫酸改性处理的碳材料在羧基、酸酐及磺酸基等含氧官能团的协同作用下，催化MCH脱氢的效果最好。最后考察了硫酸浓度对MCH脱氢转化率的影响，结果表明，焙烧后再以6 mol/L的硫酸改性处理的热解炭为载体，制备的0.4wt％Pt催化剂在反应温度为300℃和280℃下MCH的转化率分别为90％和56％，产氢速率分别为543 mmol/gPt/min和338 mmol/gPt/min，高于现有的文献报道，而且催化剂在反应52 h后催化剂的活性没有明显的下降。
　　另外，本文以纯化后的热解炭黑为碳源，以二茂铁为催化剂，在马弗炉中制备了碳纳米管。SEM结果显示产物为炭黑与碳纳米管的混合物，TEM表征显示出混合物中的碳纳米管多为多壁的，相较于文献报道的以固态碳为碳源制备碳纳米管的苛刻条件，本文采用的方法具有低温安全、操作简便等优点，为碳纳米管的制备提供了一种新的途径，同时也提供了一种废轮胎热解炭的新用途。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 废轮胎的研究现状及利用途径

第二节 储氢技术研究进展

1．2．1 储氢技术研究背景

1．2．2 有机液体储氢技术研究进展

第三节 脱氢反应研究进展

1．3．1 脱氢反应温度

1．3．2 脱氢模式的研究

1．3．3 脱氢催化剂的研究进展

第四节 甲苯蒸汽在废轮胎热解炭和椰壳活性炭上的吸附研究

1．4．1 热解炭黑的吸附性能

1．4．2 吸附热力学理论

第五节 本文工作思路及创新性

第二章 实验部分

第一节 实验原料与试剂规格

第二节 主要仪器与测试条件

第三节 实验部分

2．3．1 材料的制备

2．3．2 催化剂的脱氢反应性能的评价

2．3．3 吸附性能的测试

第三章 结果与讨论

第一节 以氧化物为载体制备的Pt催化剂催化MCH脱氢性能的研究

3．1．1 载体与催化剂的表征

3．1．2 催化剂的脱氢性能测试

第二节 以不同碳材料为载体制备的Pt催化剂催化MCH脱氢反应性能的研究

3．2．1 载体与催化剂的表征

3．2．2 催化剂的脱氢性能测试

第三节 甲苯蒸汽在热解炭和椰壳活性炭上的吸附性能的研究

3．3．1 吸附剂结构性质的表征

3．3．2 吸附性能的测试

3．3．3 吸附热力学的计算

参考文献

第四章 本文结论

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果