炭負(fù)載鐵基催化劑的制備及催化甲烷裂解性能.pdf

1、甲烷催化裂解(CMD)只產(chǎn)生碳和氫氣，可以有效的避免COx排放。CMD成為一條替代甲烷水蒸氣重整、甲烷部分氧化等傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)氫的有效路徑。過渡金屬(如:Fe、Co、Ni)和炭材料均可作為甲烷催化裂解制氫的催化劑。與金屬催化劑的高活性、易失活相比，炭基催化劑具有來源廣、價格便宜、抗積炭能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，然而相對較低的催化活性不利于工業(yè)化應(yīng)用，因此研究者期望利用兩者的優(yōu)點(diǎn)制備出具有較好催化性能的炭負(fù)載金屬基催化劑。
　　本文以不同的活性炭

2、為載體，通過同時活化和擔(dān)載或后浸漬的方法制備出活性炭負(fù)載金屬Fe基催化劑，借助XRD、氮吸附、SEM、H2-TPR等手段對催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征;并考察了不同催化劑的甲烷催化裂解制氫性能。首先考察了以煤直接液化殘渣(CLR)為碳源，硝酸鐵為Fe源，利用炭材料高溫還原性的特點(diǎn)，通過KOH活化技術(shù)，一步法實(shí)現(xiàn)同時炭化與負(fù)載制備出活性炭負(fù)載金屬Fe催化劑。結(jié)果顯示，將鐵源直接加入碳源中，在制得活性炭的同時可以將硝酸鐵直接還原為金屬Fe催化劑。另

3、外系統(tǒng)考察了不同制備條件如堿碳比、Fe源、擔(dān)載量以及炭化溫度等參數(shù)對炭材料結(jié)構(gòu)和甲烷催化裂解制氫反應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)堿碳比為2、硝酸鐵為鐵源、在900℃炭化能夠得到具有較高活性和穩(wěn)定性的金屬負(fù)載型炭催化劑。低空速和高溫有利于甲烷裂解反應(yīng)的進(jìn)行。Fe的擔(dān)載量對反應(yīng)活性具有一定的影響。當(dāng)鐵負(fù)載量為25％時催化活性最好。Fe作為主要催化活性中心，而炭對催化的貢獻(xiàn)較小弱。與常規(guī)法制備負(fù)載型鐵基催化劑相比，一步法制得的催化劑的催化效果較優(yōu)。然

4、后以商業(yè)級椰殼炭(AC)為活性炭載體，通過浸漬法將鐵源和鋁源擔(dān)載于活性炭載體上，利用高溫炭的還原特性，進(jìn)行高溫預(yù)處理可以直接制備出負(fù)載Fe-Al2O3的炭催化劑，并用于甲烷催化裂解制氫反應(yīng)研究。XRD和H2-TPR結(jié)果表明，利用高溫炭的還原性可以把活性炭中的硝酸鐵直接還原為單質(zhì)鐵。負(fù)載量（Fe和Al203）顯著影響催化劑的結(jié)構(gòu)和催化甲烷裂解性能。隨著負(fù)載量的增加，催化劑的比表面積和孔容減小。當(dāng)負(fù)載量在20％～60％時可以形成集中分布在4