CuO/ZrO2催化水煤气变换反应制氢:ZrO2载体焙烧温度的影响

摘要

以经不同温度(120、250、350、450℃)焙烧处理的ZrO2为载体,采用沉积-沉淀法制备了系列CuO/ZrO2催化剂;考察了富氢气氛下催化剂的水煤气变换反应(WGS)催化性能.结果表明,CuO/ZrO2催化剂的催化活性随ZrO2载体焙烧温度的升高呈现先升高后降低的"火山型"变化趋势,在焙烧温度为250℃时取得最高值.采用X射线粉末衍射、N2物理吸附-脱附、N2 O滴定、H2程序升温还原和CO程序升温还原及质谱跟踪等技术研究了系列ZrO2载体及CuO/ZrO2催化剂的结构和还原性能.结果表明,随着ZrO2焙烧温度的升高,一方面,CuO/ZrO2催化剂的Cu分散度逐渐降低,与ZrO2具有强相互作用的高分散活性Cu-[O]-Zr物种("[]"表示ZrO2表面氧空位)逐渐减少;另一方面,Cu-[O]-Zr物种的还原能力逐渐增强,并诱导催化剂活性表面羟基的还原能力也相应增强(CO为还原剂),即降低了催化剂对WGS反应的起活温度.两方面的综合作用使得ZrO2载体焙烧温度为250℃(中等温度)时,CuO/ZrO2催化剂的WGS催化活性最高.