碳納米管負載鎳基催化劑在生物油重整制氫方面的基礎應用研究.pdf

1、生物質(zhì)是一種資源豐富、環(huán)境友好的可再生資源，生物質(zhì)制氫是最具發(fā)展?jié)摿Φ男碌闹茪渫緩街?，生物質(zhì)制氫尚處于研發(fā)階段，提高氫氣產(chǎn)率和能量效率、降低制氫成本以及減少催化劑失活等是生物質(zhì)制氫研發(fā)過程中尚待解決的關鍵問題。碳納米管（CNT）作為催化材料具有明顯不同于傳統(tǒng)催化材料的特性和潛力，可望在精細化學品合成、石油化工產(chǎn)品的加工轉(zhuǎn)化及燃料電池等領域發(fā)揮其獨特的優(yōu)異性能，受到學術界和工業(yè)界的廣泛關注。
　　 本論文創(chuàng)新性的提出以碳納米管為

2、催化劑載體制備催化劑應用于生物油重整制氫?？疾炝颂技{米管負載鎳金屬催化劑制備過程中有關因素的影響，并主要研究了其在催化和電催化水蒸氣重整生物油制氫反應過程中的有關規(guī)律。具體的研究工作主要集中在以下幾個方面。
　　 一、碳納米管負載鎳基催化劑的制備和篩選
　　 通過尿素水解均勻沉淀法制備了一種能夠在低溫條件下、提高生物油重整制氫效率、并且有較長使用壽命的碳納米管負載鎳催化劑。對這種催化劑的制備條件進行了初步研究和優(yōu)化，并探

3、討了金屬含量對水蒸氣重整生物油制氫反應的轉(zhuǎn)化率和氫產(chǎn)率的影響。
　　 二、碳納米管負載鎳基催化劑在水蒸氣重整生物油制氫方面的研究
　　 對通過尿素水解均勻沉淀法制備的15％Ni-CNTs催化劑進行細致研究，探討了其應用于水蒸氣重整生物油制氫反應時，重整溫度、空速、以及S/C等反應條件對生物油轉(zhuǎn)化率、氫產(chǎn)率以及產(chǎn)物分布的影響。同時考察了催化劑的壽命。研究表明在T=550℃，S/C=6.1，GHSV=12000h-1和P=1

4、 atm的條件下，氫產(chǎn)率和碳轉(zhuǎn)化率分別達到了92.5％和94.9％。催化劑在T=500℃，S/C=6.1，GHSV=12000h-1和P=1 atm的條件下，壽命達到15小時。
　　 三、碳納米管負載鎳基催化劑在電催化水蒸汽重整生物油制氫的研究
　　 研究了電催化方法對15％Ni-CNTs催化劑水蒸氣重整生物油制氫反應的促進作用。探討了了重整溫度、電流、以及空速等對生物油轉(zhuǎn)化率、氫產(chǎn)率以及產(chǎn)物分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)電流的通

5、入使生物油轉(zhuǎn)化率和氫氣產(chǎn)率都大大提高了，并且增大了H2的百分含量，而降低了CH4和CO的百分含量。例如在T=400℃，S/C=6.1，GHSV=12000h-1和P=1 atm的條件下，電流從0-4A變化時，氫產(chǎn)率從55.0％上升到87.5％，碳轉(zhuǎn)化率從63.2％上升到90.6％，而CH4含量從3.5％下降到1.2％。同時，我們也對生物油電催化水蒸氣重整制氫的機理進行了初步探討。
　　 四、不同的Ni/CNTs制備方法對水蒸氣重

6、整生物油制氫的影響
　　 我們利用乙二醇分散碳酸鈉沉淀法、尿素水解均勻沉淀法以及氨水化學沉積法等三種不同方法制備了15％的Ni/CNTs并對比了他們在低溫下的水蒸汽催化生物油重整制氫反應效果。三種方法的氫產(chǎn)率從69.4％到83.0％，并且都遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)商業(yè)催化劑Ni/Al2O3。XRD和TEM表征結果表明，催化劑金屬粒子粒徑大小的規(guī)律為氨水沉淀法>尿素水解均勻沉淀法>乙二醇分散碳酸鈉沉淀法。而從催化劑性能來說，乙二醇分散碳酸鈉沉