高穩(wěn)定性乙醇蒸汽重整Ni基催化劑的設(shè)計(jì)與合成.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的緊缺以及環(huán)境問題使得尋找替代能源迫在眉睫。氫能，作為一種清潔能源，越來越受到廣泛關(guān)注。其中，通過乙醇蒸汽重整工藝來制備氫氣，具有原料可再生、系統(tǒng)能量效率高等優(yōu)點(diǎn)，是科研學(xué)者的研究熱點(diǎn)。Ni基催化劑相對于貴金屬催化劑具有低成本的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于蒸汽重整反應(yīng)。但是，Ni金屬容易遷移燒結(jié)和積碳，從而導(dǎo)致催化劑的失活，是Ni基催化劑應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)之一。同時(shí)，在低溫乙醇蒸汽重整中，由于熱力學(xué)的限制，氫氣的產(chǎn)率受到限

2、制，所以開發(fā)高活性和高穩(wěn)定性的Ni基催化劑對于低溫乙醇蒸汽重整尤其重要。因此，本論文針對這些問題理性設(shè)計(jì)了高活性高穩(wěn)定性的催化劑，并對其進(jìn)行乙醇蒸汽重整反應(yīng)測試。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下。
　　首先，本論文設(shè)計(jì)了氧化鑭改性且具有有序介孔結(jié)構(gòu)的催化劑。通過溶劑誘導(dǎo)的自組裝方法制備得到了有序介孔鋁催化劑(meso-xLaNiAl)并用于乙醇蒸汽重整。結(jié)果顯示有序介孔結(jié)構(gòu)能夠幫助催化劑獲得較小的金屬粒子(4-6nm)，從而meso-0L

3、aNiAl催化劑相比于浸漬法得到的0LaNiAl催化劑表現(xiàn)出更高的活性和穩(wěn)定性。另外，適量的氧化鑭的添加能夠幫助催化劑暴露出更多的活性表面積，從而使meso-3LaNiAl催化劑實(shí)現(xiàn)更高的催化活性。同時(shí)，氧化鑭的改性也能夠在一定程度上減少積碳的產(chǎn)生。添加的La2O3，作為親水性和堿性氧化物，能夠與H2O和CO2反應(yīng)，加速沉積的碳的氣化從而再生活性金屬表面，因此meso-3LaNiAl表現(xiàn)出了比meso-0LaNiAl催化劑更優(yōu)秀的抗積碳

4、性能。
　　其次，為了得到高金屬活性表面積的催化劑來減緩其失活并從整體上提高低溫乙醇蒸汽重整中氫氣的產(chǎn)率，本論文采用共沉淀方法(COP)，通過得到礦物水鎳鋁石結(jié)構(gòu)前軀體制各得到了負(fù)載量為78％的高負(fù)載量催化劑（COP-78）。結(jié)果表明該催化劑具有較小的金屬鎳顆粒(～7nm)以及較大的活性金屬表面積（35.1m2/gcat），在673K的乙醇蒸汽重整反應(yīng)中展現(xiàn)出了優(yōu)秀的催化活性和穩(wěn)定性。同時(shí)，在673K的溫度下沒有發(fā)生燒結(jié)，盡管有積