發(fā)布時(shí)間：2017-11-01 19:24

  本文關(guān)鍵詞：鐵基復(fù)合納米催化劑的制備及其催化氨分解的研究

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【摘要】：目前,新能源的開發(fā)和利用已成為世界各國(guó)普遍關(guān)注的問題。氫是一種備受關(guān)注的二次能源載體,具有清潔、高效、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于氫氣的應(yīng)用來(lái)說(shuō),直接用氫作為燃料無(wú)論是在儲(chǔ)存方面還是運(yùn)輸方面都存在諸多問題,而在線制氫技術(shù)既能解決制氫問題,又能解決儲(chǔ)氫問題,應(yīng)用前景十分廣闊。氨是一種富氫化合物,儲(chǔ)氫密度高,易于運(yùn)輸,價(jià)格低廉,而且不含碳元素,從源頭上杜絕了CO的產(chǎn)生,因而氨分解在線制氫受到人們廣泛關(guān)注。目前對(duì)氨分解催化劑的研究主要包括貴金屬催化劑和過渡金屬催化劑兩大類。貴金屬催化劑催化活性高,對(duì)設(shè)備的耐腐蝕能力要求較高;過渡金屬催化劑儲(chǔ)量豐富,制備方法主要以浸漬法為主,在氨分解反應(yīng)的高溫反應(yīng)條件下由于其穩(wěn)定性較差,催化活性并不理想。因此,設(shè)計(jì)一種同時(shí)兼具高活性和高穩(wěn)定性的催化劑具有重要的意義。鐵基催化劑是人們研究較多的一類催化劑,研究發(fā)現(xiàn)鈰作為助劑可以提高其催化活性和穩(wěn)定性,因此本論文設(shè)計(jì)合成了一系列鐵基復(fù)合納米催化劑,并通過XRD、TEM、BET、ICP等技術(shù)對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,測(cè)試其氨分解活性,以期獲得兼具高活性和穩(wěn)定性的鐵基催化劑。具體的工作內(nèi)容如下：(一)利用溶劑熱法成功合成了四氧化三鐵納米球,并利用不同的包覆方法成功制備了Fe-Ce和Fe-Ti復(fù)合納米催化劑,將其應(yīng)用于催化氨分解反應(yīng)。采用透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、原位X射線衍射(in situ XRD)、程序升溫還原(TPR)和物理吸附儀(BET)等一系列表征手段對(duì)反應(yīng)前和反應(yīng)后的的催化劑樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和原位測(cè)試表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相比于純四氧化三鐵催化劑,包覆了二氧化鈰的鐵基復(fù)合納米催化劑在溫度為650℃空速為24,000cm3·gcat-1·h-1的反應(yīng)條件下氨的轉(zhuǎn)化率接近100%,并且在600℃長(zhǎng)達(dá)60 h的穩(wěn)定性測(cè)試中催化活性并沒有衰減,具有較好的穩(wěn)定性。單純的四氧化三鐵催化劑雖然活性組分的含量最高,但由于其在高溫時(shí)不穩(wěn)定,其活性最差,鈰或鈦的加入可以提高其高溫穩(wěn)定性以及催化活性。(二)通過調(diào)節(jié)鐵的摩爾含量利用一步水熱法制備了一系列Fe-Ce和Fe-La復(fù)合催化劑,利用元素分析(ICP-AES)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)和物理吸附儀(BET)等技術(shù)手段對(duì)新制備的以及反應(yīng)后的催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。通過元素分析(ICP-AES)、透射電子顯微鏡(TEM)、 X射線衍射(XRD)表征發(fā)現(xiàn)鐵成功的摻入到氧化鈰和氫氧化鑭的晶格中。將不同比例的Fe-Ce和Fe-La催化劑用于氨分解反應(yīng),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著催化劑中鐵含量的提高,催化活性逐步提高,當(dāng)鐵的摩爾含量達(dá)到15%時(shí),再提高鐵含量對(duì)催化劑的活性影響較小,并且隨著鐵含量的提高,反應(yīng)后催化劑樣品的顆粒尺寸增大。15%Fe-Ce和Fe-La復(fù)合催化劑與采用相同方法制備的純鐵的樣品相比,催化活性相當(dāng),說(shuō)明鈰和鑭的存在有利于提高活性物種的催化活性,并且在長(zhǎng)達(dá)70 h的穩(wěn)定性測(cè)試中催化劑的催化活性并未降低。
【關(guān)鍵詞】：鐵基復(fù)合納米催化劑 氨分解反應(yīng) 原位XRD
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 摘要10-12
• Abstract12-14
• 第一章 緒論14-45
• 1.1 引言14-18
• 1.1.1 世界能源現(xiàn)狀14
• 1.1.2 新型能源的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)14-18
• 1.1.2.1 甲烷的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)14-15
• 1.1.2.2 氫能的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)15-18
• 1.2 氨的性質(zhì)18-19
• 1.3 氨分解反應(yīng)19-22
• 1.3.1 氨分解反應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域19-20
• 1.3.2 氨分解反應(yīng)的關(guān)鍵步驟20-21
• 1.3.3 氨分解反應(yīng)的熱力學(xué)分析21-22
• 1.4 氨分解反應(yīng)催化劑的研究現(xiàn)狀22-35
• 1.4.1 釕基催化劑24-29
• 1.4.2 鐵基催化劑29-31
• 1.4.3 鎳基催化劑31-33
• 1.4.4 過渡金屬氮化物和碳化物33-34
• 1.4.5 其他催化劑34-35
• 1.5 本論文的選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容35-36
• 1.5.1 選題依據(jù)35
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容35-36
• 1.6 參考文獻(xiàn)36-45
• 第二章 Fe-Ce和Fe-Ti復(fù)合催化劑的制備及其催化氨分解的研究45-62
• 2.1 研究背景45
• 2.2 催化劑的制備45-47
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器45-46
• 2.2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑45-46
• 2.2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器46
• 2.2.2 催化劑制備46-47
• 2.2.2.1 單分散四氧化三鐵球的制備46-47
• 2.2.2.2 復(fù)合催化劑Fe_3O_4@CeO_2復(fù)合材料的制備47
• 2.2.2.3 復(fù)合催化劑Fe_3O_4@CeO_2復(fù)合材料的制備47
• 2.3 催化劑表征47-49
• 2.3.1 元素分析(ICP-AES)47-48
• 2.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)48
• 2.3.3 X-射線粉末衍射(XRD)48
• 2.3.4 程序升溫還原(H_2-TPR)48
• 2.3.5 原位粉末X-射線衍射(in situ XRD)48-49
• 2.3.6 比表面測(cè)試(BET)49
• 2.4 催化劑催化性能測(cè)試49-50
• 2.5 催化劑的性能研究50-57
• 2.5.1 催化劑的基本表征50-52
• 2.5.2 催化劑的結(jié)構(gòu)52-53
• 2.5.3 催化劑的活性53-55
• 2.5.4 H_2-TPR和In situ XRD結(jié)果分析55-57
• 2.6 本章小結(jié)57-58
• 2.7 參考文獻(xiàn)58-62
• 第三章 Fe-Ce和Fe-La復(fù)合催化劑的制備及其催化氨分解的研究62-85
• 3.1 研究背景62-63
• 3.2 催化劑的制備63-64
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器63-64
• 3.2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑63
• 3.2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器63-64
• 3.2.2 催化劑制備64
• 3.2.2.1 Fe-Ce復(fù)合催化劑的制備64
• 3.2.2.2 Fe-La復(fù)合催化劑的制備64
• 3.3 催化劑表征64-66
• 3.3.1 元素分析(ICP-AES)64-65
• 3.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)65
• 3.3.3 X-射線粉末衍射(XRD)65
• 3.3.4 原位粉末X-射線衍射(in situ XRD)65
• 3.3.5 比表面測(cè)試(BET)65-66
• 3.4 催化劑催化性能測(cè)試66
• 3.5 結(jié)果與討論66-81
• 3.5.1 催化劑的ICP表征66-67
• 3.5.2 N_2吸脫附表征67-69
• 3.5.3 X-射線粉末衍射(XRD)69-70
• 3.5.4 新鮮催化劑的結(jié)構(gòu)70-73
• 3.5.5 反應(yīng)后催化劑的表征73-76
• 3.5.5.1 XRD表征73-74
• 3.5.5.2 TEM表征74-76
• 3.5.6 催化劑的活性76-79
• 3.5.7 In situ XRD結(jié)果分析79-81
• 3.6 本章小結(jié)81-82
• 3.7 參考文獻(xiàn)82-85
• 第四章 總結(jié)與展望85-86
• 4.1 總結(jié)85
• 4.2 展望85-86
• 致謝86-87
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄87-88
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表88

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