乙醇蒸汽重整制氫高效鎳系催化劑設(shè)計(jì)及構(gòu)效關(guān)系研究.pdf

1、氫能由于其高能清潔等優(yōu)點(diǎn)在能源日益短缺的今天備受關(guān)注。乙醇蒸汽重整制氫，具有原料可再生、產(chǎn)品氣體中氫氣含量高、系統(tǒng)能量效率高等優(yōu)點(diǎn)，近年來成為能源和催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Ni基催化劑具有較強(qiáng)的C-C斷鍵能力及較低廉的成本，廣泛用于蒸汽重整過程，在乙醇蒸汽重整過程中也表現(xiàn)出較優(yōu)的反應(yīng)活性及對氫氣的選擇性。Ni顆粒易遷移燒結(jié)和積碳，導(dǎo)致催化劑失活，是Ni基催化劑應(yīng)用面臨的主要問題之一。本論文針對鎳系催化劑的問題理性設(shè)計(jì)開發(fā)了一系列高效穩(wěn)定的催

2、化劑，并在所開發(fā)的催化劑上進(jìn)行了乙醇蒸汽重整制氫反應(yīng)路徑基礎(chǔ)研究和動力學(xué)研究，此外還對鎳系催化劑在乙醇蒸汽重整制氫中的尺度效應(yīng)進(jìn)行了考察。
　　本論文首先設(shè)計(jì)制備了具有高活性和穩(wěn)定性的鎳系催化劑，主要包括：（1）具有高效低溫重整活性的骨架鎳催化劑，可以在低溫（300-400℃）獲得很高的H2生成速率（～10 mol/(molNi·min)）。（2）考察了Mg添加到Ni/CeO2催化劑中的作用，研究表明Mg改性的CeO2載體比單獨(dú)C

3、eO2具有更多的氧空穴和更高的儲氧能力，最佳的Mg添加量為7wt％，可以在600℃獲得高于95%的H2選擇性。（3）開發(fā)了具有高穩(wěn)定性的含鎳層狀硅酸鹽納米管催化劑，可以在高溫下反應(yīng)100h而不受任何破壞，在600℃獲得高達(dá)5.4molH2/molEtOH的H2摩爾產(chǎn)率。（4）采用簡單可行的球磨法制備了具有納米限域效應(yīng)的類殼核型Ni-CeO2催化劑，在乙醇蒸汽重整制氫中表現(xiàn)了優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性。
　　其次，本文還利用殼核型Ni@Si

4、O2催化劑考察了鎳催化劑的構(gòu)效關(guān)系，研究結(jié)果表明，鎳尺度越大，通過N2化學(xué)吸附測得的催化劑Ni（211）晶面缺陷位的數(shù)量越多，并在鎳粒徑達(dá)到30nm后趨于平緩，而催化劑的乙醇轉(zhuǎn)化頻率與此變化規(guī)律一致，表明該缺陷位即是乙醇重整的活性中心。同時鎳尺度越大，催化劑的穩(wěn)定性越差，這主要?dú)w因于催化劑表面的積碳速率變快。
　　此外，本文首次在無載體的骨架鎳催化劑上通過程序升溫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)考察了乙醇蒸汽重整制氫的反應(yīng)路徑，結(jié)果表明反應(yīng)主要包括乙醇分