乙二醇水相重整制氢催化剂制备及反应特性研究

摘要

化石能源的短缺和高污染使氢气成为理想的替代能源，以生物质为原料制取氢气极具发展潜力。传统制氢方法H2产量低、设备复杂，水相重整制氢反应过程简单，可一步制取H2，相比其他方法更具优越性。Pt系贵金属催化剂转化率高，H2产率较低，高昂的成本也限制了该系催化剂的应用，Ni系催化剂C-C键断裂能力较强，但使用中易失活。针对上述问题，本论文采用等体积浸渍法、共沉淀法、沉积沉淀法和柠檬酸溶胶-凝胶法制备了Pd、NiFeCo和NiFe/CeO2系列催化剂，考察催化剂的结构特性和乙二醇水相重整制氢反应的催化活性，取得的主要成果如下：
　　1.采用等体积浸渍法制备了Pd/γ-Al2O3、PdNi/γ-Al2O3和Ni/γ-Al2O3催化剂研究Ni掺杂的影响。实验结果表明，Pd/γ-Al2O3催化剂上H2选择性和乙二醇转化率分别为38.9％和13.7%，烷烃选择性仅为11.3%。PdNi/γ-Al2O3催化剂上形成了PdNi合金，二者之间存在较强的相互作用，促进CO的脱附，提高金属分散性，H2选择性和乙二醇转化率分别提高至49.5%和21.9%。
　　2.采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了NiFeCo催化剂，考察Fe/Co摩尔比和还原温度对反应结果的影响。Ni对C-C键断裂能力较强，但甲烷化程度较高；Fe促进水汽水汽变换反应（WGS）反应进行，但本身催化活性较低；Co对FeNi合金的形成有促进作用，WGS反应活性较高。660℃还原后的NiFeCo催化剂上H2选择性和乙二醇转化率分别为99.8%和95.1%，而烷烃选择性降至1.3%，FeNi合金中Fe/Ni摩尔比对催化活性有较大影响，但该系列催化剂容易失活。
　　3.考察制备方法对NiFe/CeO2催化剂水相重整制氢反应的影响。cal-NiFe/CeO2催化剂上H2选择性为75.5%，乙二醇转化率为76.3%，烷烃选择性为12.5%。孔结构良好和大比表面积利于反应物和产物的进出；FeNi合金与CeO2存在较强的相互作用，促进了催化活性的提高。
　　4.采用沉积沉淀法制备NiFe/CeO2催化剂，考察Ni/Fe摩尔比对水相重整制氢反应的影响。Fe与Ni之间存在相互作用，提高了FeNi合金在CeO2表面的分散度，增加了H2选择性和乙二醇转化率。CeO2消除了活性位表面的积碳，抑制了颗粒烧结，提高了催化剂稳定性。四种多元醇上H2选择性和多元醇转化率按如下顺序递减：甲醇>乙二醇>丙三醇>山梨醇。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 氢能

1.2 生物质能

1.3 制氢技术

1.4 本课题的主要研究内容及创新点

第二章 实验方法

2.1 实验试剂与仪器

2.2 催化剂的制备

2.3 催化剂的表征

2.4 催化剂性能评价

第三章 Pd基催化剂上乙二醇水相重整制氢反应研究

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 催化剂表征

3.4三种催化剂上乙二醇水相重整制氢反应中的催化性能

3.5 本章小结

第四章 NiFeCo催化剂上乙二醇水相重整制氢反应研究

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 不同Fe/Co摩尔比对NiFeCo催化剂乙二醇水相重整制氢反应的影响

4.4NiFeCo催化剂还原温度对乙二醇水相重整制氢反应的影响

4.5催化剂的可重复使用特性及失活研究

4.6本章小结

第五章 乙二醇水相重整制氢NiFe/CeO2催化剂制备方法研究

5.1 引言

5.2 实验方法

5.3不同制备方法的NiFe/CeO2催化剂上乙二醇水相重整制氢

5.4 本章小结

第六章 不同Ni/Fe摩尔比NiFe/CeO2催化剂上乙二醇水相重整制氢

6.1引言

6.2 实验方法

6.3 催化剂表征

6.4不同Ni/Fe摩尔比催化剂在乙二醇水相重整制氢反应中的催化性能

6.5 催化剂的可重复使用特性

6.6 NiFe/CeO2催化剂上多元醇水相重整制氢反应

6.7本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢