甲醇水蒸气重整制氢Cu/Ce0.8Zr0.2O2/SiC整体催化剂的研究

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甲醇水蒸气重整制氢是为燃料电池提供氢源的主要方式,然而,目前用于该反应的催化剂大部分为传统的颗粒催化剂,而颗粒催化剂有着床层压降大、传热传质效率低和操作空速低等缺点。本论文是在本课题组前期对Cu基催化剂的研究基础上,利用已经成型的蜂窝SiC陶瓷为载体,通过溶胶凝胶法制备Ce0.8Zr0.2O2固溶体涂层材料,再利用浸渍法负载活性组分,制备了一系列整体催化剂,探讨了铈源、铈锆前驱体浓度和铈锆涂层涂覆量对整体催化剂催化性能的影响。具体研究内容如下:(1)采用溶胶-凝胶法制备了以Ce(NO33·6H2O和(NH42Ce(NO36为铈源的两种铈锆溶胶,将其作为SiC陶瓷整体催化剂的涂层材料,再利用浸渍法负载活性组分CuO,焙烧后得两种CuO/Ce0.8Zr0.2O2/SiC整体催化剂,并采用XRD、SEM、BET等表征手段对整体催化剂进行表征。结果表明,以Ce(NO33·6H2O为铈源的CuO/Ce0.8Zr0.2O2/SiC整体催化剂具有较好的催化活性和热稳定性。这是因为以Ce(NO33·6H2O为铈源制备的Ce0.8Zr0.2O2固溶体涂层在SiC载体表面分布均匀,增加了活性组分的负载面积,CuO形成了具有特定形貌的物质且在Ce0.8Zr0.2O2固溶体涂层表面分布均匀。(2)探讨铈锆前驱体浓度对整体催化剂性能的影响,采用XRD、SEM、BET等表征手段对催化剂进行表征。研究发现当Ce(NO33·6H2O浓度和Zr(NO34·5H2O浓度均为1.6 mol/L,按摩尔比4/1进行配比时,CuO/Ce0.8Zr0.2O2/SiC整体催化剂具有较好的催化性能。当反应温度340℃,水醇摩尔比为1.2,甲醇气体空速为1940 h-1时,甲醇转化率为65.6%,重整气中CO含量为0.79%,产氢速率为469.4 mL·kg-1cat·s-1。(3)探究铈锆涂层涂覆量对甲醇水蒸气重整制氢整体催化剂性能的影响。结果表明,Ce0.8Zr0.2O2固溶体涂层涂覆对催化性能有明显的影响,当Ce0.8Zr0.2O2固溶体涂层较薄时,负载CuO较少,催化活性较差。当Ce0.8Zr0.2O2固溶体涂层过厚,出现明显的堵孔现象,CuO团聚严重,影响催化性能。当Ce0.8Zr0.2O2固溶体涂层涂覆量为12.84%时,CuO/Ce0.8Zr0.2O2/SiC整体催化剂催化性能较好,在水醇摩尔比为1.2,甲醇气体空速为1940 h-1,360℃时,甲醇转化率达90.1%,产氢速率为624.5mL·kg-1cat·s-1,CO选择性为4.4%。
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