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催化剂床层的热失控是放热化学反应中的严重问题,这会导致催化剂失活和生成物的选择性下降。经研究证明,微胶囊相变蓄热材料在保持材料形状结构稳定的同时能够维持系统热稳定,可以作为储能缓冲物以减轻具有潜在危险的快速地温度偏移。添加微胶囊相变蓄热材料的反应器具有出色的抗干扰性能,微胶囊相变蓄热材料的存在可以平衡床层温度并且能够间接地加强催化剂颗粒的性能。针对催化反应中固定床反应器存在的反应物床层温度分布不均匀、易出现热点等问题,本文提出将相变蓄热材料和催化剂材料进行复合,构筑蓄热型催化剂。蓄热型催化剂能够平衡反应器床层温度,减少热点的出现,使系统运行更稳定。针对微胶囊相变材料的低导热率以及具有高导热性碳基材料易团聚问题,本文提出了一种通过原位催化甲烷裂解在Al@Al2O3相变复合材料表面上积碳来提高材料稳定性和导热性的新方法。在此方法中,作为核材料的金属铝球的表面首先被一层Ni纳米颗粒覆盖,Ni纳米颗粒的存在既可以促进Al球表层的Al形成更厚实的Al2O3壳层,还可以催化甲烷裂解,而通过甲烷裂解产生的碳会覆盖在Al@Al2O3复合材料上,从而获得Al@Al2O3-C微胶囊相变蓄热材料。Al@Al2O3-C蓄热材料具有较高的相变焓(266J/g)和导热系数(8 W/m·K),并且在冷却过程中材料放热产生的过冷度较低。同时,通过甲烷原位裂解产生的碳不易团聚,可以紧密附着在材料表面,获得更好的分散效果,并且能够得到副产物氢气。此外,沉积在材料表面壳层的碳与Al2O3壳层的嵌套使得材料的表面结构更加致密和稳定,使得微胶囊相变材料在连续的加热/冷却循环中显示出优异的结构稳定性和热稳定性。本文通过快速共沉淀法在SiAl@Al2O3微胶囊相变蓄热材料上负载Co3O4催化剂,成功制备出Co3O4/(SiAl@Al2O3)蓄热型催化剂。本文通过分析蓄热催化剂的表征结果来检验相变蓄热材料在催化领域的应用效果,结果表明:Co3O4/(SiAl@Al2O3)蓄热型催化剂不仅能高效地催化甲烷燃烧,并且在降温阶段也表现出优异的催化性能。当Co3O4/(SiAl@Al2O3)蓄热型催化剂中Co3O4与SiAl@Al2O3的比例为7:3时,蓄热催化效果最佳。