镍铜双金属改性海泡石催化重整苯酚-乙醇制氢的研究

摘要

本文研究的主要内容是考察以海泡石为载体镍铜双金属催化剂在苯酚和乙醇水蒸汽催化重整制氢反应中的催化性能，并在固定床反应器中探索重整制氢最佳工艺条件。
　　Ni-Cu/每泡石催化剂通过共沉淀法制备。采用XRD、TPR、TEM等表征方法对催化剂进行分析。使用固定床反应器对生物油模型物苯酚和乙醇的混合物进行重整实验的研究，考察催化剂种类、反应温度、水碳比、反应时间等工艺条件对制氢的影响。结果表明，在催化重整过程中，Ni-Cu/SEP催化剂的氢气产率高于Ni/SEP和Cu/SEP催化剂。最佳工艺条件:反应温度650℃，水碳比范围8～10，H2产率最高达到61.4％。同时，Ni-Cu/SEP催化剂表现出了良好的稳定性，在反应7h时内，未见失活。
　　不同Cu/Ni摩尔比的Ni-Cu催化剂采用共沉淀法制备。采用XRD、H2-TPR、FTIR、TEM、TG等表征方法对催化剂进行分析。研究双金属催化剂催化性能，探索了反应温度和水碳比对制氢反应的影响。为了研究催化剂寿命，对催化剂进行了稳定性测试。为探究催化剂失活原因，使用后的催化剂通过XRD、TEM和TGA表征。结果表明，铜的少量加入减小了Ni/SEP催化剂中活性金属的晶粒尺寸，金属粒子的分散度提高，并改善催化剂的氧化还原能力。在所有制备的催化剂中，Ni1Cu0.25/SEP催化剂金属粒径最小(10.2nm)，金属分散度最高(8.2％)。在苯酚-乙醇的蒸汽重整实验中发现，高温有助于反应的进行，提高了碳转化率和氢气产率，最高分别达到83.5％和67.5％。在催化剂的稳定性实验中，Ni1Cu0.25/SEP催化剂在反应24h内未见失活，表现出了优秀的稳定性。对使用后的Ni1Cu0/SEP、Ni1Cu0.25/SEP和Ni0Cu1/SEP催化剂进行表征发现，Ni1Cu0.25/SEP催化剂表现出了良好的抗积碳能力，说明镍铜合金对抑制积碳起到了促进作用。
　　以苯酚和乙醇的混合物为生物油模型物，考察了温度、水碳比和质量空速对催化重整制氢反应的影响。结果表明，Ni-Cu/La-SEP催化剂表现出最好的催化性能。通过多组实验，苯酚-乙醇催化重整制氢的最佳工艺条件:反应温度650℃，水碳比为6.0，质量空速为3.0h-1，H2产率最高达到79.9％。

目录

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摘要

图目录

表目录

1．1 前言

1．2 氢能概述

1．2．1 氢能特点与应用

1．2．2 制氢技术的发展

1．2．3 生物质能源的特点

1．2．4 生物质能转化技术

1．3 生物油水蒸汽重整制氢

1．3．1 生物油水蒸汽重整制氢反应途径

1．3．2 生物油水蒸汽重整制氢反应机理

1．4 生物油水蒸汽催化重整制氢催化剂的选择

1．4．1 活性金属的选择

1．4．2 载体的选择

1．4．3 助剂的选择

1．5 本文研究内容

2．1 原料试剂与仪器设备

2．1．1 主要原料试剂

2．1．1 主要仪器设备

2．2 催化剂制备与评价方法

2．2．1 催化剂的制备

2．2．2 催化剂活性评价装置

2．2．3 固定床实验工艺流程

2．2．4 实验步骤

2．2．5 气相产物分析

2．2．6 计算分析方法

2．3 催化剂表征方法

2．3．5 傅里叶红外光谱分析(FTIR)

2．3．6 热重分析(TG)

3 Ni-Cu双金属催化剂活性的研究

3．2．2 实验过程

3．3 催化剂表征

3．3．1 XRD表征

3．3．2 TPR表征

3．3．4 TEM表征

3．4 实验结果与讨论

3．4．2 反应温度对苯酚-乙醇重整反应的影响

3．4．3 水碳比(S／C)对苯酚-乙醇重整反应的影响

3．4．4 反应时间对苯酚-乙醇重整反应的影响

3．5 本章小结

4 双金属催化剂Ni-Cu／SEP催化重整苯酚-乙醇的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 催化剂的制备

4．2．2 实验过程

4．3 催化剂表征

4．3．2 XRD表征

4．3．3 FTIR表征

4．3．4 H2-TPR表征

4．3．4 TEM表征

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 催化剂活性测试

4．4．2 水碳比(S／C)对苯酚-乙醇重整反应的影响

4．4．3 稳定性测试

4．5 催化剂失活分析

4．6 本章小结

5 Ni-Cu／M-SEP(M=La，Ce)重整苯酚-乙醇的研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 催化剂的制各

5．2．2 实验过程

5．3 实验结果与讨论

5．3．2 温度对重整苯酚-乙醇的影响

5．3．3 水碳比(S／C)对重整苯酚-乙醇的影响

5．3．4 进料质量空速(WHSV)对重整苯酚-乙醇的影响

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 创新点

参考文献

致谢

作者简介与读研期间主要科研成果