甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂的研究

采用浸渍法和溶胶凝胶法制备了CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂,并将其用于甲醇水蒸气重整制氢反应中。结果表明,与CuO/CeO2-ZrO2颗粒催化剂相比,CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂催化活性较好,产氢速率较快且重整气中CO体积分数较低。进一步探究了涂层涂覆量和CuO负载量对催化性能的影响,结果表明,当CeO2-ZrO2复合氧化物涂层涂覆量在15%±1%,CuO负载量为5%±1%时,催化性能较好;当反应温度为340℃,水醇物质的量比为1. 2,甲醇水蒸气气体空速为4840 h-1时,甲醇转化率为86. 0%,产氢速率为1490. 0 L/(m3·s),重整气中CO体积分数为1. 55%。最后通过单因素实验法探究了甲醇水蒸气气体空速、水醇物质的量比和反应温度对反应的影响。结果表明,随着气体空速变大,甲醇转化率下降,产氢速率上升,重整气中CO体积分数下降。随着水醇物质的量比增加,甲醇转化率先上升后下降,产氢速率先上升后下降,重整气中CO体积分数下降。随着反应温度的升高,甲醇转化率、产氢速率和重整气中CO体积分数均上升。     

CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂催化甲醇水蒸气重整制氢的研究

采用溶胶凝胶法制备了CeO2-ZrO2固溶体载体涂层,再经浸渍法制备了高空速下性能较好的甲醇水蒸气重整制氢xCuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂.采用X射线衍射(XRD)、比表面积测试(BET)、H2程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行了表征,结果表明,催化剂活性主要与Cu...     

载体焙烧气氛对甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2催化剂的影响

采用沉淀法和浸渍法制备了具有氧空位的CeO₂纳米材料和甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO₂催化剂,探索不同焙烧气氛对CeO₂纳米材料结构、性质和甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。采用SEM、XRD、BET、H₂-TPR、N₂O滴定和XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,CuO/CeO₂催化剂的催化活性与催化剂的Cu比表面积大小、Cu-Ce的相互作用强弱、表面缺陷和表面氧空位的多少有关。其中,在氢气气氛下焙烧所得的CeO₂负载CuO后的CuO/CeO₂-H催化剂催化活性最佳。在反应温度为250℃,水醇物质的量比为1.2时,甲醇气体空速为800 h^-1,甲醇转化率达到了100%,重整尾气中CO含量为0.87%。     

CeO_2改性Cu/Zn-Al水滑石衍生催化剂对甲醇水蒸气重整制氢性能的影响

采用原位合成法在γ-Al2O3表面合成了锌铝水滑石,再采用顺次浸渍法制备了Ce/Cu/Zn-Al催化材料;将其应用于甲醇水蒸气重整制氢,探讨了Ce含量对Cu/Zn-Al催化剂催化性能的影响.催化剂表征结果表明,CeO_2的引入改善了活性组分铜的分散度、铜的比表面积以及催化剂的氧化还原性质,进而提高了催化剂的催化活性和产氢率.当Ce含量为4%时,催化剂活性最佳,在250℃时,甲醇转化率达到100%,CO摩尔分数为0.39%,与Cu/Zn-Al催化剂相比,甲醇转化率提高了近40%.     

LaNiO3的焙烧温度对甲醇水蒸气重整制氢CuO/LaNiO3催化剂的影响

采用溶胶凝胶法合成了LaNiO_3钙钛矿型氧化物载体,再采用浸渍法制备了CuO/LaNiO_3催化剂,并通过XRF、XRD、BET、H_2-TPR和XPS等手段对催化剂进行了表征,考察了LaNiO_3钙钛矿的焙烧温度对CuO/LaNiO_3催化剂结构及其催化甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。结果表明,载体焙烧温度主要影响了催化剂的表面晶格氧缺位,活性组分和载体间的相互作用。当载体焙烧温度为800℃时,催化剂表面氧空穴较多,活性组分与载体间相互作用较强,因此,催化甲醇水蒸气重整制氢活性较好。     

甲醇水蒸气重整制氢独立反应探讨

分析了甲醇重整氢反应可能的反应途径，分析结果表明体系中有2个独立反应，则至少应有2个动力学方程才能描述，利用平衡温距的概念，分析了WGS反应在甲醇水重整反应体系中的作用，根据在固定床反应器上的实验结果，证明变换反应不宜出现在动力学模型中，合理的动力学模型认为水蒸气重整反应和甲醇分解反应平行进行，CO和CO2同时生成。     

甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂的研究

采用浸渍法和溶胶凝胶法制备了CuO/CeO₂-ZrO₂/SiC整体催化剂，并将其用于甲醇水蒸气重整制氢反应中。结果表明，与CuO/CeO₂-ZrO₂颗粒催化剂相比，CuO/CeO₂-ZrO₂/SiC整体催化剂催化活性较好，产氢速率较快且重整气中CO体积分数较低。进一步探究了涂层涂覆量和CuO负载量对催化性能的影响，结果表明，当CeO₂-ZrO₂复合氧化物涂层涂覆量在15%±1%，CuO负载量为5%±1%时，催化性能较好；当反应温度为340℃，水醇物质的量比为1.2，甲醇水蒸气气体空速为4840 h^-1时，甲醇转化率为86.0%，产氢速率为1490.0 L/（m³·s），重整气中CO体积分数为1.55%。最后通过单因素实验法探究了甲醇水蒸气气体空速、水醇物质的量比和反应温度对反应的影响。结果表明，随着气体空速变大，甲醇转化率下降，产氢速率上升，重整气中CO体积分数下降。随着水醇物质的量比增加，甲醇转化率先上升后下降，产氢速率先上升后下降，重整气中CO体积分数下降。随着反应温度的升高，甲醇转化率、产氢速率和重整气中CO体积分数均上升。     

前驱体和沉淀剂浓度对CuO/ZnO/CeO2-ZrO2甲醇水蒸气重整制氢催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了CuO/ZnO/CeO₂-ZrO₂甲醇水蒸气重整制氢催化剂,探讨了前驱体和沉淀剂浓度对催化剂性能的影响,并采用BET、XRD、H₂-TPR和XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,前驱体和沉淀剂浓度对催化剂的结构和性能影响很大,当前驱体浓度为0.1mol/L,沉淀剂浓度为0.5mol/L时,所得催化剂CO选择性最小,催化活性最佳。在360h稳定实验中,甲醇最高转化率达100%,重整尾气中H₂含量保持在74.5%以上,CO含量低于0.8%,催化剂稳定性良好。     

CeO2改性Cu/Al2O3催化剂上甲醇水蒸气重整制氢

研究CeO2改性Cu/Al2O3催化剂上甲醇水蒸气重整制氢反应过程,得到低温活性、氢选择性和稳定性较好的催化剂.Cu/A12O3催化剂中添加CeO2提高了催化剂的活性和稳定性,当CeO2质量分数为20%时,催化剂活性表现最佳.在反应温度250℃,水醇摩尔比为1.0,液体空速为3.28 h-1条件下,甲醇转化率为95.5%,氢气选择性为100%.此外,CeO2通过促进水气转化反应降低了重整气中CO的含量.Cu/CeO2/Al2O3催化剂在200 h的寿命实验中,活性仍保持在90.0%以上,而Cu/Al2O3催化剂在100 h的寿命实验中,活性已很快下降.XRD和TPR分析及表面元素分布结果表明,铜和铈相互作用促进了铜在催化剂表面的高度分散,阻止了铜晶粒团聚、烧结,促使铜晶粒细小化,促进了铜的还原,改善了Cu/CeO2/Al2O3催化剂的性能.     

CeO2改性Cu/Al2O3催化剂上甲醇水蒸气重整制氢

研究CeO2改性Cu/Al2O3催化剂上甲醇水蒸气重整制氢反应过程,得到低温活性、氢选择性和稳定性较好的催化剂.Cu/Al2O3催化剂中添加CeO2提高了催化剂的活性和稳定性,当CeO2质量分数为20％时,催化剂活性表现最佳.在反应温度250 ℃,水醇摩尔比为1.0,液体空速为3.28 h －1条件下,甲醇转化率为95.5％,氢气选择性为100％.此外,CeO2通过促进水气转化反应降低了重整气中CO的含量.Cu/CeO2/Al2O3催化剂在200 h的寿命实验中,活性仍保持在90.0％以上,而Cu/Al2O3催化剂在100 h的寿命实验中,活性已很快下降.XRD和TPR分析及表面元素分布结果表明,铜和铈相互作用促进了铜在催化剂表面的高度分散,阻止了铜晶粒团聚、烧结,促使铜晶粒细小化,促进了铜的还原,改善了Cu/CeO2/Al2O3催化剂的性能.     

助剂M(M=Cr、 Zn、Y、La)对甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO_2催化剂的影响

采用顺序浸渍法制备了掺杂助剂M(M=Cr、Zn、Y、La)的CuO/CeO_2催化剂,并利用XRF、XRD、BET、H_2-TPR和XPS等手段对催化剂进行了表征,考察了不同助剂对CuO/CeO_2催化剂结构、性质和性能的影响。结果表明,助剂的掺杂主要影响CuO/CeO_2催化剂的CuO分散、催化剂的还原性质、CuO与CeO_2间的相互作用和催化剂表面氧空穴含量。掺杂助剂Cr和Zn后,提高了CuO在催化剂表面的分散度,使CuO和CeO_2间的相互作用加强,表面氧空穴增加,进而使得催化活性提高。而掺杂助剂Y和La后,降低了CuO在催化剂表面的分散度,使CuO和CeO_2间的相互作用减弱,表面氧空穴减少,进而使得催化活性降低。其中,掺杂Cr助剂的催化剂催化性能较优,当反应条件为260℃,n(CH_3OH)∶n(H_2O)=1∶1.2,甲醇水蒸气气体空速为1760 h~(-1)时,最终转化率可达100%,重整尾气中CO含量为0.15%,与CuO/CeO_2催化剂相比,转化率提高了10%,重整尾气中CO含量降低了0.34%。     

B改性CuZnAlOx催化剂对甲醇水蒸气重整制氢性能的研究

采用共沉淀法制备CuZnAlO_x（CZA）催化剂,通过浸渍法得到一系列不同硼（B）负载量的yB/CZA（y=0.28%、0.38%、0.73%、0.89%和4.10%,质量分数）催化剂,并将其用于甲醇水蒸气重整制氢反应。此外,为探究催化剂的构效关系,采用ICP、BET、SEM、N₂O化学吸附、TEM、XRD、H₂-TPR和XPS等手段对催化剂进行表征。结果表明,B引入主要影响催化剂的Cu分散性、还原性及Cu-B间相互作用,进而影响甲醇水蒸气重整制氢性能。其中,0.38B/CZA催化剂获得最高催化活性,这与其具有较高的Cu分散性与较强的Cu-B相互作用力有关;在反应温度为250℃,n（H₂O）：n（CH₃OH）=3,空速为9000 mL/（g·h）时,CH₃OH转化率达到93%,CO选择性仅有0.3%,且反应102 h后仍未失活。     

甲醇水蒸气重整制氢Pd/ZnO催化剂的研究

采用并流共沉淀法制备Pd／ZnO甲醇水蒸气重整制氢催化剂,考察了Pd的质量分数和还原温度对催化剂性能的影响。结果表明,当Pd质量分数为15．9％,还原温度为573K时,催化剂有较好的甲醇转化率及二氧化碳选择性。TPR结果表明,PdO在室温下被还原为金属Pd,在440K开始有部分ZnO被还原。XRD分析结果表明,PdZn合金是甲醇水蒸气重整反应的活性中心;在21．9％Pd／ZnO催化剂上出现了Pd2Zn合金相,导致催化剂的活性下降;反应过程中还原催化剂形成PdZn合金,其活性不如相同条件下纯氢还原的。15．9％Pd／ZnO催化剂及工业铜基催化剂的初始稳定性结果显示,在8h内,15．9％Pd／ZnO催化剂上甲醇转化率保持在66％以上,而铜基催化剂的活性下降了14．4％。     

蜂窝催化剂上甲醇自热重整制氢的动力学研究

400 ℃～460 ℃,400 h－1～1 600 h－1,O2/CH3OH(mol ratio)=0.10～0.25,H2O/CH3OH (mol ratio) =1.0～1.8下,通过正交实验设计方法,用BSD-2A型内循环无梯度反应器研究了Zn-Cr/CeO2-ZrO2蜂窝催化剂上甲醇自热重整制氢反应的宏观动力学。以甲醇水蒸气重整反应、甲醇分解反应和甲醇完全氧化反应为独立反应进行了研究,得出了幂指数型反应速率表达式,并根据实验结果,利用最小二乘法求解了动力学参数值。F检验表明该动力学模型是高度显著的。该多重反应动力学方程的得出为蜂窝反应器的进一步模拟、优化和设计提供了数据。     

陈化时间对CuO/ZnO/CeO2/ZrO2甲醇水蒸气重整制氢催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂甲醇水蒸气重整催化剂,探讨了陈化时间对催化剂性能的影响.结果发现,延长陈化时间能增加催化剂的表面铜原子数和改善催化剂的还原性能,但与此同时也降低了催化剂的储放氧性能.延长陈化时间,CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂催化剂的氢产率随表面铜原子数的增加而成线性增长.另一方面,重整尾气中的CO含量也随着储放氧能力的下降而增加.综合考虑产氢率和重整尾气中CO含量,最佳陈化时间为2h,此时,CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂催化剂表现出了最佳性能.     

湿混法制备甲醇氧化重整制氢CuZnAlZr催化剂

用简易湿混法制备了用于甲醇氧化重整制氢的CuZnAlZr催化剂,与共沉淀法制备的催化剂比较,结果表明,湿混法制备的催化剂具有相当的中高温活性和略低的低温活性,有较高的CO2选择性。XRD、TPR、TG-DSC等表征结果显示,湿混法制备的催化剂中铜组分易于向表面迁移和富集,并可能与氧化铝作用生成铜铝复合氧化物,具有了更高的Cu分散度和Cu0比表面浓度。湿混法制备的催化剂对甲醇氧化重整反应有较好的稳定性,经100 h的连续反应,在275 ℃时甲醇转化率在90％以上,重整气中氢气体积分数大于60％,CO2选择性接近99％。     

甲醇制氢铜铝尖晶石缓释催化剂的研究—不同铜源合成的影响

以拟薄水铝石为铝源,氢氧化铜、乙酸铜和硝酸铜等为铜源,采用固相法合成Cu-Al尖晶石催化剂。采用TG-MS、XRD、H2-TPR、BET和XANES等表征技术,对合成过程、产物的物相、还原性质及表层结构进行研究,并考察了甲醇重整制氢的缓释催化性能。结果表明,三种铜源都得到尖晶石固溶体,其晶粒粒径相差不大,但其比表面积(25.4-65.9 m2/g)、孔容(0.213-0.434 cm3/g)、表面结构(Cu的分布)以及还原性能有明显的差别,从而导致不同的缓释催化行为。在甲醇重整反应过程中,铜铝缓释催化剂通过反应条件下还原释放活性铜物种而起催化作用。以氢氧化铜合成的催化剂活性高,反应稳定性好,反应后生成的Cu粒子最小(6.6 nm),其表现出优异的催化性能。