乙酸水蒸气重整过程中镍与碱金属协同作用研究

摘要

本文通过制备廉价的镍基催化剂，研究乙酸水蒸气重整过程中镍与碱金属协同作用机理。褐煤作为催化剂载体具有含有焦炭、碱金属及碱土金属这一特性，因此褐煤担载镍基催化剂的活性成分包含了镍、碱金属、碱土金属及焦炭。由于褐煤成份十分复杂，以具有高比表面积的活性炭作为褐煤的模型物，添加钾模拟褐煤中的碱金属元素，有利于对反应机理的深入探讨。乙酸是生物质油的主要成份之一，以乙酸为模型化合物进行研究，有助于深入分析生物质油重整制氢的反应机理，优化催化剂性能。 本文使用常规浸渍法制备Ni/AC、Ni-K/AC催化剂，采用比表面分析(BET)、X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)三种表征手段，分析催化剂的特性，考察反应温度、钾添加量对乙酸重整制氢反应。结果表明适当的的K添加量可以提高催化剂的活性或选择性。 采用量子化学密度泛函手段，将理论计算和实验研究相结合，分别进行乙酸分子在Ni(111)表面的吸附能分析、PDOS分析和Mulliken布局分析，从分子层面上对乙酸蒸汽催化重整过程中乙酸分子在Ni(111)表面的化学吸附行为进行研究。在Ni(111)表面的四种活性位中，顶位和Fcc空位通过吸附乙酸分子中羧基上的碳原子及C=O中的氧原子改变乙酸的电子结构，桥位和Hcp空位通过吸附乙酸分子中C=O中的氧原子改变乙酸的电子结构，使乙酸分子活化。为褐煤担载镍基催化剂在生物质油重整制氢领域中的进一步应用提供实验和理论基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 生物质油的产生、组成及性质

1．3 碱金属钾对镍基催化剂影响研究现状

1．3．1 钾对积碳生成的影响

1．3．2 钾对积碳气化的影响

1．3．3 钾对积碳类型及抗烧结能力的影响

1．3．4 钾对催化剂活性的影响

1．4 本文研究内容和意义

第2章 镍基催化剂的制备及表征

2．1 引言

2．2 Ni／AC、Ni-K／AC催化剂的制备和表征手段

2．2．1 催化剂制备

2．2．2 表征方法

2．3 结果与讨论

2．4 小结

第3章 乙酸蒸汽催化重整制氢实验研究

3．1 引言

3．2 催化剂评价实验反应装置

3．3 乙酸蒸汽催化重整制氢结果与讨论

3．3．1 反应温度对乙酸催化反应的影响

3．3．2 K添加量对乙酸催化反应的影响

3．4 小结

第4章 乙酸分子在Ni(111)表面吸附的密度泛函理论研究

4．1 引言

4．2 计算方法

4．3 乙酸分子在Ni(111)表面的吸附与电子特性

4．3．1 乙酸分子在Ni(111)表面的吸附

4．3．2 PDOS分析

4．3．3 Mulliken布局分析

4．4 小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢