發(fā)布時(shí)間：2017-07-26 22:20

  本文關(guān)鍵詞：負(fù)載型鈷基催化劑的制備及其催化硼氫化鈉水解制氫的性能

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【摘要】：化石燃料的消耗和環(huán)境的污染激發(fā)了人們尋找可再生綠色能源的興趣。氫氣由于能量密度高、燃燒效率理想、產(chǎn)物無(wú)污染等特點(diǎn)被公認(rèn)為是最有吸引力的能量載體之一。氫氣作為傳統(tǒng)燃料的替代者已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池和其他各種燃料電池中。鈷基催化劑催化硼氫化鈉水解制氫具有成本低、氫氣產(chǎn)生速率快和制氫純度高等優(yōu)點(diǎn)。本文用化學(xué)鍍法制備了負(fù)載型鈷基催化劑Co W P/γ-Al2O3、Co Ni W P/γ-Al2O3和Co Ni Mo P/γ-Al2O3,并探究了它們催化硼氫化鈉水解制氫的性能,主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)采用化學(xué)鍍法在氧化鋁載體上負(fù)載了Co W P合金催化劑。本章以硼氫化鈉水解制氫反應(yīng)為模型,探究了催化劑的制備條件與硼氫化鈉的水解條件對(duì)催化劑催化性能的影響�；瘜W(xué)鍍時(shí)間為360 s,Co SO4/Na2WO4濃度比為3:7時(shí)制備的催化劑表現(xiàn)出良好的催化性能,并且其比表面積達(dá)到256 m2g-1。45 oC下,在含10 wt.%Na OH和4 wt.%Na BH4的溶液中加入1.5 g的Co W P/γ-Al2O3催化劑測(cè)得最高氫氣產(chǎn)生速率是11.82 L min-1 g催化劑-1。當(dāng)催化劑循環(huán)使用六次之后,催化硼氫化鈉水解制氫的速率仍然達(dá)到7.90 L min-1 g催化劑-1。與報(bào)道的其它催化劑相比,Co W P/γ-Al2O3催化劑表現(xiàn)出較低的活化能(49.58 k J mol-1)。(2)采用化學(xué)鍍法在氧化鋁載體上負(fù)載了Co Ni W P合金催化劑。該催化劑催化硼氫化鈉水解制氫的最佳Na OH和Na BH4濃度分別為10 wt.%、7 wt.%。催化劑中添加W對(duì)硼氫化鈉水解制氫反應(yīng)具有顯著的促進(jìn)作用,當(dāng)化學(xué)鍍220 s、Na2WO4濃度為1.5 g L-1時(shí),所制備出的Co Ni W P/γ-Al2O3催化劑的催化活性最高。Co Ni W P/γ-Al2O3催化劑與Co Ni P/γ-Al2O3催化劑對(duì)比發(fā)現(xiàn)前者表現(xiàn)出更好的催化活性。而且,Co Ni W P/γ-Al2O3催化劑還表現(xiàn)出較低的活化能(49.19 k J mol-1)和更為優(yōu)異的循環(huán)使用性能。Co Ni W P/γ-Al2O3催化劑經(jīng)過(guò)五次循環(huán)使用之后仍然略高于首次催化硼氫化鈉水解制氫的速率,這可能得益于催化劑粒子尺寸的降低。(3)采用化學(xué)鍍法在氧化鋁載體上負(fù)載了Co Ni Mo P合金催化劑。研究結(jié)果表明該催化劑催化硼氫化鈉水解制氫的最佳Na OH和Na BH4濃度分別為10 wt.%和7 wt.%。在Co Ni P催化劑中添加Mo對(duì)硼氫化鈉水解制氫反應(yīng)具有明顯的促進(jìn)作用。當(dāng)化學(xué)鍍360 s、Na2Mo O4濃度為0.8 g L-1時(shí)制備的Co Ni Mo P/γ-Al2O3催化劑的氫氣產(chǎn)生速率最高可達(dá)13.842 L min-1 g催化劑-1,BET測(cè)試表明該催化劑的比表面積為259 m2 g-1。硼氫化鈉水解制氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)Ea,△H#和△S#計(jì)算結(jié)果分別為52.43 k J mol-1,49.86 k J mol-1和-14.47 J mol-1 K-1。此外,Co Ni Mo P/γ-Al2O3催化劑還表現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)使用性能,5次循環(huán)后的氫氣產(chǎn)生速率僅比首次降低了20%。
【關(guān)鍵詞】：氫氣 化學(xué)鍍 催化劑 硼氫化鈉 水解
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-28
• 引言10
• 1.1 氫的研究現(xiàn)狀10-16
• 1.1.1 氫的特點(diǎn)10-11
• 1.1.2 氫的制取11-12
• 1.1.3 氫的存儲(chǔ)12-15
• 1.1.4 氫的應(yīng)用15-16
• 1.2 硼氫化鈉催化水解制氫16-22
• 1.2.1 硼氫化鈉水解制氫的機(jī)理17-18
• 1.2.2 硼氫化鈉水解制氫催化劑活性的影響因素18-20
• 1.2.3 硼氫化鈉水解制氫的動(dòng)力學(xué)研究20-21
• 1.2.4 硼氫化鈉水解制氫存在的問(wèn)題與對(duì)策21-22
• 1.3 化學(xué)鍍技術(shù)22-26
• 1.3.1 化學(xué)鍍機(jī)理23-25
• 1.3.2 化學(xué)鍍反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)25-26
• 1.3.3 化學(xué)鍍制備催化劑催化硼氫化鈉水解制氫的研究進(jìn)展26
• 1.4 本課題研究的內(nèi)容及意義26-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分28-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器28-29
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品28
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器28-29
• 2.2 化學(xué)鍍法制備催化劑29-32
• 2.2.1 化學(xué)鍍基體的前處理工藝29-30
• 2.2.2 化學(xué)鍍法制備催化劑的實(shí)驗(yàn)步驟30-31
• 2.2.2.1 化學(xué)鍍法制備Co W P/γ-Al_2O_3催化劑30
• 2.2.2.2 化學(xué)鍍法制備Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化劑30-31
• 2.2.2.3 化學(xué)鍍法制備Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化劑31
• 2.2.3 催化劑制備的的工藝流程圖31-32
• 2.3 催化劑的表征方法32-33
• 2.3.1 能量色散X射線譜儀(EDS)32
• 2.3.2 X射線衍射(XRD)32
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)32
• 2.3.4 全自動(dòng)比表面分析儀(BET)32
• 2.3.5 X射線光電子能譜儀(XPS)32
• 2.3.6 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)32-33
• 2.4 催化劑催化性能測(cè)試33-34
• 第三章 負(fù)載型Co W P/γ-Al_2O_3催化劑催化硼氫化鈉水解制氫性能表征34-46
• 3.1 引言34-35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論35-44
• 3.2.1 Co W P/γ-Al_2O_3催化劑的物理表征35-37
• 3.2.2 Co W P/γ-Al_2O_3催化劑催化硼氫化鈉水解制氫的研究37-44
• 3.2.2.1 NaOH濃度的影響37-38
• 3.2.2.2 NaBH_4濃度的影響38-39
• 3.2.2.3 化學(xué)鍍時(shí)間的影響39
• 3.2.2.4 CoSO_4/Na_2WO_4濃度比例的影響39-40
• 3.2.2.5 催化劑用量的影響40-41
• 3.2.2.6 Co W P/γ-Al_2O_3催化劑的動(dòng)力學(xué)探究41-43
• 3.2.2.7 Co W P/γ-Al_2O_3催化劑循環(huán)使用性能的研究43-44
• 3.3 本章小結(jié)44-46
• 第四章 負(fù)載型Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化劑催化硼氫化鈉水解制氫性能表征46-58
• 4.1 引言46-47
• 4.2 結(jié)果與討論47-56
• 4.2.1 Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化劑的物理表征47-49
• 4.2.2 Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化劑催化硼氫化鈉水解制氫的研究49-56
• 4.2.2.1 Na_2WO_4濃度的影響49-50
• 4.2.2.2 化學(xué)鍍時(shí)間的影響50-51
• 4.2.2.3 NaOH濃度的影響51
• 4.2.2.4 NaBH_4濃度的作用51-52
• 4.2.2.5 催化劑用量的影響52-53
• 4.2.2.6 可能的反應(yīng)機(jī)制和反應(yīng)級(jí)數(shù)53-54
• 4.2.2.7 Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化劑的動(dòng)力學(xué)探究54-55
• 4.2.2.8 Co Ni W P/γ-Al_2O_3催化劑循環(huán)使用性能的研究55-56
• 4.3 本章小結(jié)56-58
• 第五章 負(fù)載型Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化劑催化硼氫化鈉水解制氫性能表征58-70
• 5.1 引言58-59
• 5.2 結(jié)果與討論59-68
• 5.2.1 Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化劑的物理表征59-61
• 5.2.2 Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化劑催化硼氫化鈉水解制氫的研究61-68
• 5.2.2.1 NaOH濃度的影響61-62
• 5.2.2.2 NaBH_4濃度的影響62-63
• 5.2.2.3 化學(xué)鍍時(shí)間的影響63
• 5.2.2.4 催化劑用量的影響63-64
• 5.2.2.5 Na_2MoO_4濃度的影響64-66
• 5.2.2.6 Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化劑的動(dòng)力學(xué)研究66-67
• 5.2.2.7 Co Ni Mo P/γ-Al_2O_3催化劑的循環(huán)使用性能67-68
• 5.3 本章小結(jié)68-70
• 論文總結(jié)70-72
• 參考文獻(xiàn)72-84
• 致謝84-86
• 攻讀學(xué)位期間已發(fā)表或待發(fā)表的相關(guān)論文86-88
• 參與的科研項(xiàng)目88-89
• 所獲榮譽(yù)及獎(jiǎng)勵(lì)89-92
• 青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文電子版提交單92

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