Co基催化剂的制备及其在乙醇水蒸气重整制氢反应中性能的研究

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随着能源危机的加剧,氢能作为新型能源被应用到生活的各个领域,其生产技术受到越来越多的关注。乙醇由于其含氢量高,无毒,易贮存等特性广受研究者的青睐。生物乙醇蒸气重整是一种非常有吸引力的产氢方式,为可再生型能源产氢提供了环保路线。但此制氢体系复杂,易产生副产物。催化剂的载体、活性组分含量和分散以及反应条件均是影响反应的重要因素。目前需要研发一种稳定高效的催化剂,用于增大氢气产量,降低副产物的生成。其中消除积炭也是催化剂研究的主要问题。本文利用金属钴断裂C-C键的能力将其选为活性组分作用于催化剂,制备了不同载体的催化剂,探究载体对催化剂性能的影响。论文研究的主要内容和结果如下:1.以Ce(NO33·6H2O为铈源,通过水热法合成CeO2载体,再以Co(NO32·6H2O为钴源,采用等体积浸渍法合成不同钴含量的Co/CeO2催化剂,利用XRD、H2-TPR、N2吸附-脱附等手段对各样品进行表征,将合成的催化剂用于乙醇水蒸气重整制氢反应,通过反应物乙醇的转化率和目标产物氢气的选择性来评价催化剂的性能。考察了不同钴含量的催化剂在不同反应温度下的催化性能。结果表明:合成的CeO2载体是一种呈球状且分散均匀的介孔材料,负载不同量的金属钴后仍保持着原有的结构,形成的一系列xCo/CeO2催化剂用于ESR反应。在不同反应温度下,10Co/CeO2催化剂活性较好,且在500℃时反应效果最佳,乙醇转化率为90%,H2选择性达到73%。在稳定性测试中,也表现出良好的稳定性。2.制备比表面积较大的介孔SBA-15材料,作为催化剂载体,等体积浸渍一定量的活性组分钴和不同含量的铈,制备合成一系列Co-xCeO2/SBA-15催化剂。通过各表征手段对催化剂进行表征,然后作用于ESR反应,考察催化剂中CeO2对催化反应的作用。结果表明:合成的催化剂没有破坏SBA-15原有的结构,负载物很好地分散在载体上。其中Co-4CeO2/SBA-15催化剂表现良好,在反应温度为500℃,水醇体积比为3:1的条件下,乙醇转化率为92%,氢气选择性达73.8%。3.通过金属铈改性载体SBA-15,采用水热法合成不同物料摩尔比n(Si/Ce)的Ce-SBA-15载体,再等体积浸渍合成Co/Ce-SBA-15催化剂,利用XRD、UV-Vis、FT-IR、H2-TPR、N2吸附-脱附等手段对各样品进行表征,将催化剂用于反应,并找到最佳的催化剂。结果表明:在水热合成法制备的Ce-SBA-15载体中,Ce离子进入了SBA-15分子筛骨架,且有着高度有序的孔结构和均一的孔径分布,仍保持SBA-15特有的介孔结构。催化反应中合成催化剂与Co/SBA-15催化剂相比,Ce的加入降低了反应积炭的生成,改善了催化剂稳定性。催化剂Co/Ce-SBA-15(Si/Ce=20)具有良好的活性和稳定性,乙醇转化率为96.6%,H2选择性达到75.5%。
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