發(fā)布時(shí)間：2017-08-04 02:25

  本文關(guān)鍵詞：分解水制氫用鈣鈦礦透氧膜研究

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【摘要】：氫能作為當(dāng)今世界戰(zhàn)略能源之一,在能源體系中具有非常重要的意義。氫氣是一種資源豐富、熱值高、環(huán)保以及可再生的能源物質(zhì),是未來(lái)最理想的燃料。氫氣的制取途徑多樣,目前研究較多是熱化學(xué)分解水制氫,熱化學(xué)分解水制氫最初是基于氧交換材料(OEM)與原料發(fā)生的氧化還原(Redox)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)制氫,亦稱化學(xué)鏈制氫(CLH)；隨著膜反應(yīng)器的發(fā)展,該工藝被耦合于膜反應(yīng)器中,從而實(shí)現(xiàn)了氫氣的連續(xù)性制備。稀土材料鈣鈦礦氧化物是具有獨(dú)特物化性能的無(wú)機(jī)功能材料。分子式可以表示為ABO3,理想的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)具有立方對(duì)稱性,立方結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦對(duì)氧離子與電子的傳導(dǎo)最有利,因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)催化、電極材料與環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。鑒于鈣鈦礦的特殊的性能和透氧膜(混合離子電子導(dǎo)體膜)的廣泛研究,本文利用鈣鈦礦作為氧交換材料,將其加工制成透氧膜氧交換材料(OTM-OEM).利用其獨(dú)特的催化性能,將其應(yīng)用于分解水制氫領(lǐng)域,繼而構(gòu)成了本文的主體思路。本文主要采用了共沉淀法制備了LaxCa1-xFe03-δ與BaFexZr1-xO3-δ(x=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9)鈣鈦礦OEM,利用XRD. TG-DSC和H2-TPR等對(duì)OEM的物相組成、形成過(guò)程中熱量與質(zhì)量變化以及氧化還原性能進(jìn)行了表征,初步證實(shí)了上述鈣鈦礦OEM材料的合成,并利用CH4-TPR、CO-TPR對(duì)其活性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。隨后制備兩種催化劑對(duì)其進(jìn)行了各表征手段,并將催化劑負(fù)載于OTM上。對(duì)所制備的OEM進(jìn)行了成膜探究,對(duì)所制備的透氧膜進(jìn)行了形態(tài)、XRD與SEM-EDS等表征,將透氧膜構(gòu)建于膜反應(yīng)器中進(jìn)行了透氧性能與產(chǎn)氫性能的評(píng)價(jià)。通過(guò)各表征手段發(fā)現(xiàn),成功制備出了LaxCa1-xFeO3-δ與BaFexZr1-x03-δ氧交換材料,且OEM的具有優(yōu)越的活性與穩(wěn)定性。對(duì)OTM表征發(fā)現(xiàn)OTM結(jié)構(gòu)致密,反應(yīng)前后穩(wěn)定性良好La0.1Ca0.9FeO3-δ、La0.9Ca0.1FeO3-δ與BaFeo.9Zro.1O3-δ在900℃時(shí)的氧滲透性較好,且最高透氧量為3.0xl0-8mol/(scm2),并對(duì)探討了透氧膜的氧傳輸機(jī)理。在分解水制氫實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度在800℃以上時(shí)才能實(shí)現(xiàn)水蒸汽的分解,且產(chǎn)氫速率隨著溫度的升高而增大,在900℃時(shí)La0.1Ca0.9FeO3-δ、BaFe0.9Zr0.1O3-δ的產(chǎn)氫速率、結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性最佳,且產(chǎn)氫速率最高達(dá)5.0cm3.miN-1.cm-2對(duì)OTM擔(dān)載催化劑分解水制氫進(jìn)行了評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)產(chǎn)氫性能并沒(méi)有顯著的提高,分析可能與催化劑性能和復(fù)合方式有關(guān)。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦 氧交換材料 透氧膜 分解水 制氫
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ116.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-40
• 1.1 引言12-15
• 1.2 熱化學(xué)分解水制氫技術(shù)15-37
• 1.2.1 Redox反應(yīng)體系15-30
• 1.2.2 透氧膜反應(yīng)體系30-37
• 1.3 氫能的應(yīng)用37
• 1.4 論文研究目的和意義37-38
• 1.5 論文研究?jī)?nèi)容38-40
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分40-52
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及實(shí)驗(yàn)儀器40-42
• 2.1.1 主要化學(xué)試劑40-41
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備41-42
• 2.2 鈣鈦礦氧交換材料的制備42-43
• 2.2.1 La_xCa_(1-x)FeO_(3-δ)OEM的制備42-43
• 2.2.2 BaFe_xZr_(1-x)O_(3-δ)OEM的制備43
• 2.3 鈣鈦礦透氧膜的制備43
• 2.4 催化劑的制備43-44
• 2.4.1 催化劑NiO/Al_2O_3的制備43-44
• 2.4.2 催化劑Mn-Na_2WO_4/Al_2O_3的制備44
• 2.5 鈣鈦礦氧交換材料的表征44-46
• 2.5.1 物相成分分析(XRD)44-45
• 2.5.2 材料熱重?zé)崃糠治?TG-DSC)45
• 2.5.3 程序升溫還原實(shí)驗(yàn)(H_2-TPR)45
• 2.5.4 N_2吸附/脫附分析(BET)45-46
• 2.6 透氧膜的表征46
• 2.6.1 收縮率分析46
• 2.6.2 掃描電子顯微鏡分析(SEM-EDS)46
• 2.7 鈣鈦礦氧交換材料的活性評(píng)價(jià)46-48
• 2.7.1 質(zhì)譜定量方法47-48
• 2.7.2 OEM與CH_4程序升溫還原實(shí)驗(yàn)48
• 2.7.3 OEM與CO程序升溫還原實(shí)驗(yàn)48
• 2.7.4 OEM與Syngas程序升溫還原實(shí)驗(yàn)48
• 2.8 構(gòu)建鈣鈦礦透氧膜反應(yīng)器48-49
• 2.8.1 透氧膜反應(yīng)器49
• 2.8.2 透氧膜反應(yīng)器組裝調(diào)試49
• 2.9 鈣鈦礦透氧膜性能評(píng)價(jià)49-51
• 2.9.1 OTM透氧性能的評(píng)價(jià)50
• 2.9.2 OTM催化活性評(píng)價(jià)50-51
• 2.10 鈣鈦礦透氧膜分解水制氫性能評(píng)價(jià)51-52
• 第三章 鈣鈦礦透氧膜氧交換材料的制備及表征52-80
• 3.1 引言52-53
• 3.2 鈣鈦礦OEM表征53-67
• 3.2.1 物相分析(XRD)53-60
• 3.2.2 熱重分析(TG-DSC)60-64
• 3.2.3 程序升溫還原分析(H_2-TPR)64-67
• 3.3 氧交換材料活性評(píng)價(jià)研究67-74
• 3.3.1 催化CH_4性能研究67-71
• 3.3.2 CO反應(yīng)活性研究71-74
• 3.4 催化劑的表征74-78
• 3.4.1 物相分析(XRD)74-75
• 3.4.2 N_2吸附/脫附分析75-77
• 3.4.3 程序升溫還原分析(H_2-TPR)77-78
• 3.5 小結(jié)78-80
• 第四章 鈣鈦礦透氧膜性能研究80-98
• 4.1 引言80-81
• 4.2 透氧膜氧交換材料的表征81-85
• 4.2.1 透氧膜形態(tài)81-83
• 4.2.2 收縮率分析83-85
• 4.3 透氧性能評(píng)價(jià)85-87
• 4.4 物相分析(XRD)87-90
• 4.5 形貌分析(SEM-EDS)90-96
• 4.6 氧傳輸機(jī)理96-97
• 4.7 小結(jié)97-98
• 第五章 鈣鈦礦透氧膜分解水制氫性能研究98-110
• 5.1 引言98-99
• 5.2 透氧膜分解水制氫研究99-105
• 5.2.1 LCF-透氧膜分解水制氫99-103
• 5.2.2 BFZ-透氧膜分解水制氫103-105
• 5.3 物相分析(XRD)105-106
• 5.4 形貌分析(SEM-EDS)106-108
• 5.5 小結(jié)108-110
• 第六章 總結(jié)與展望110-112
• 6.1 總結(jié)110-111
• 6.2 展望111-112
• 參考文獻(xiàn)112-132
• 致謝132-134
• 附錄134-135

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本文編號(hào)：617383