NaBH-,4-溶液貯氫體系及其水解催化劑研究.pdf

1、在對(duì)國(guó)內(nèi)外NaBH<,4>溶液水解制氫反應(yīng)催化劑的研究進(jìn)展進(jìn)行全面綜述的基礎(chǔ)上,本文確定以提高Ni-B和Co-B兩種低成本催化劑的催化性能為研究目標(biāo),采用XRD、TEM、SEM以及催化水解反應(yīng)速率測(cè)試等手段,比較系統(tǒng)的研究了通過(guò)化學(xué)摻雜制備的Ni-Fe-B及Co-Fe-B兩種三元催化劑及鐵粉負(fù)載型的Ni-B和Co-B催化劑的成分、結(jié)構(gòu)及水解反應(yīng)條件(NaOH濃度、反應(yīng)溫度)對(duì)其催化水解性能的影響規(guī)律與機(jī)制,力求使催化劑的催化水解性能進(jìn)一

2、步得到提高. 對(duì)于采用Fe摻雜的Ni-Fe-B催化劑,本文首先對(duì)比研究了催化劑的成分(Ni/Fe比)對(duì)于催化水解性能的影響.研究表明,在所研究的幾種Ni-Fe-B催化劑中,以Ni/Fe比為3:1(實(shí)際成分為:Ni<,2.2>Fe<,0.7>B)時(shí)的催化性能最好,在40℃時(shí)的水解反應(yīng)產(chǎn)氫速率可達(dá)500 ml/min.XRD以及TEM觀察表明,Ni<,2.2>Fe<,0.7>B具有納米晶結(jié)構(gòu),其晶粒尺寸(1.9 nm)大于未摻雜Fe

3、的Ni-B催化劑(1.2 nm),但其團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的尺寸(15 nm)小于未摻雜Fe的Ni-B(20 nm).研究還表明,在NaBH<,4>溶液中添加一定數(shù)量的NaOH溶液可以加快催化水解反應(yīng)的速率.升高反應(yīng)溫度可以提高反應(yīng)速率和提高NaBH<,4>的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率.在使用Ni<,2.2>Fe<,0.7>B催化劑時(shí),水解反應(yīng)的表觀活化能Ea=49.3 kJ/mol.在反應(yīng)溫度為45℃的條件下,NaBH<,4>的轉(zhuǎn)化率為92.5﹪,飽和堿性NaB

4、H<,4>溶液體系的最大貯氫密度為6.82 wt﹪. 對(duì)于采用Fe摻雜的Co-Fe-B催化劑,本文首先對(duì)比研究了催化劑的成分(Co/Fe比)對(duì)于催化水解性能的影響.研究表明,在所研究的幾種Ni-Fe-B催化劑中,當(dāng)Co/Fe比為2:1時(shí)具有最好的催化水解性能.在25℃時(shí)的水解反應(yīng)的產(chǎn)氫速率可達(dá)360 ml/min.TEM觀察表明,Co<,2>FeB的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的粒徑為20 nm左右.研究表明,在NaBH<,4>溶液中添加一定數(shù)量的

5、NaOH溶液可以加快催化水解反應(yīng)的速率.升高反應(yīng)溫度可以提高反應(yīng)速率和提高NaBH<,4>的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率.在使用Co<,2>FeB催化劑時(shí),水解反應(yīng)的表觀活化能Ea=26.0 kJ/mol.在反應(yīng)溫度為45℃的條件下,NaBH<,4>的轉(zhuǎn)化率為94.0﹪.飽和堿性NaBH<,4>溶液體系在45℃時(shí)的最大貯氫密度為6.88 wt﹪.顯然,與Ni<,2.2>Fe<,0.7>B催化劑相比,Co<,2>FeB催化劑具有更佳的催化水解性能.

6、 對(duì)于Fe粉負(fù)載型Ni-B催化劑,本文首先對(duì)比研究了Fe粉用量及粒度對(duì)于催化水解性能的影響.研究表明,在所研究的幾種負(fù)載型催化劑中,采用1 g 80目Fe作為載體的負(fù)載型Ni-B催化劑具有最好的催化水解性能.在25℃時(shí)的水解反應(yīng)產(chǎn)氫速率可達(dá)76 ml/min.SEM及TEM觀察表明,該催化劑由附著在Fe粉表面的Ni-B以及少量游離的Ni-B團(tuán)聚粒子組成.附著在Fe表面的Ni-B的團(tuán)聚粒子的平均粒徑為30 nm左右.研究也表明,在NaBH

7、<,4>溶液中添加一定數(shù)量的NaOH溶液可以加快催化水解反應(yīng)的速率.升高反應(yīng)溫度可以提高反應(yīng)速率和提高NaBH4的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率.在使用80目Fe粉負(fù)載的Ni-B催化劑時(shí),水解反應(yīng)的表觀活化能Ea=60.3 kJ/mol.在反應(yīng)溫度為45℃的條件下,NaBH4的轉(zhuǎn)化率為91.7﹪.飽和堿性NaBH<,4>溶液體系在45℃時(shí)的最大貯氫密度為6.77 wt﹪. 對(duì)于Fe粉負(fù)載型Co-B催化劑,本文首先對(duì)比研究了Fe粉用量及粒度對(duì)于催化水

8、解性能的影響.研究表明,在所研究的幾種負(fù)載型催化劑中,采用1 g 80目Fe作為載體的負(fù)載型Co-B催化劑具有最好的催化水解性能.在25℃時(shí)的水解反應(yīng)產(chǎn)氫速率可達(dá)182 ml/min.SEM研究表明,該催化劑由附著在Fe粉表面的Co-B以及少量游離的Co-B團(tuán)聚粒子組成.附著在Fe表面的Co-B的團(tuán)聚粒子的平均粒徑為50 nm左右.研究也表明,在NaBH<,4>溶液中添加一定數(shù)量的NaOH溶液可以加快催化水解反應(yīng)的速率.升高反應(yīng)溫度可以