球磨介质对铜铝尖晶石缓释催化甲醇水蒸气重整制氢的影响（英文）

以拟薄水铝石和超细氢氧化铜为原料,选择Cu/Al物质的量比为1∶3,考察了不同机械球磨介质对固相法制备CuAl尖晶石缓释催化剂的影响。通过XRD、BET和H₂-TPR对合成的催化剂进行了表征,并考察了其对甲醇水蒸气重整制氢的催化性能。结果表明,Cu-Al尖晶石固溶体可通过干式或湿式机械球磨法合成,然而,通过湿式球磨法能使较多Cu²⁺进入尖晶石晶体结构。合成的富含Al的尖晶石固溶体在晶粒尺寸上差异不大,但它们的比表面积、孔隙体积和还原性能却明显不同。与干磨法相比,湿磨法有利于促进固相反应,通过湿式球磨法合成的催化剂只有尖晶石晶相,且具有较高的比表面积和较大的孔隙体积。通过湿法研磨得到的Cu-Al尖晶石催化剂样品在甲醇水蒸气重整制氢反应中表现出更好的催化性能,用乙醇(95%)作为球磨介质制备的CuHAl-Ac-950表现出最高的催化活性。     

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％。     

Cu-Ni-Al尖晶石催化甲醇水蒸气重整制氢性能的研究

以氢氧化铜、醋酸镍和拟薄水铝石为原料,通过固相法合成了Cu-Ni-Al尖晶石催化剂。采用N2物理吸附、XRD、H2-TPR和XPS等表征方法,研究Cu/Ni/Al的物质的量比和焙烧温度对催化剂的比表面积、物相、还原性能以及表面性质的影响,并以甲醇水蒸气重整制氢为探针反应,考察催化剂的缓释催化性能。结果表明,随着焙烧温度的升高,Cu-Ni-Al催化剂的尖晶石含量增加,但尖晶石晶粒增大,且比表面积下降。不同的焙烧温度和Cu/Ni/Al物质的量比,所得催化剂的比表面积、还原性能和表面性质不同,从而表现出不同的缓释催化性能。与计量比Cu/Al=1∶2的合成比较,Cu/Al=1∶3形成了非计量比的富Al尖晶石固溶体,生成的晶体粒子小、比表面积和孔容大、难还原的尖晶石部分增多,呈现出更好的缓释催化性能。甲醇制氢反应性能评价结果显示,Cu-Ni-Al尖晶石在反应条件下逐渐释放活性铜而催化反应的进行,其中,CNA3-1000催化剂表现中最高的催化活性和稳定性。     

两种甲醇水蒸气重整制氢催化剂的研究

对采用共沉淀法制备的CuZnAlO类铜系催化剂和采用水滑石类层柱材料（LDHs）前驱体制备的催化剂在甲醇水蒸气重整制氢反应中的性能进行了研究。对共沉淀法制备的CuZnAlO类铜系催化剂考察了ZrO2助剂的加入对催化剂反应性能的影响，发现Zr的质量分数为10％的催化剂显著提高CuZnAlO催化剂的反应性能。该催化剂的最佳反应条件：0.1 MPa、250 ℃、H2O/MeOH摩尔比1.0～1.3、3.56 h－1。在此反应条件下进行了COPZr2催化剂150 h稳定性实验。结果表明，该催化剂具有很好的反应稳定性。甲醇转化率和氢产率分别约为88％和83％，产物湿基组成中H2和CO的质量分数分别为>63％和0.20％～0.31％。对LDHs前驱体制备的催化剂，进行了70 h反应稳定性实验，结果表明，催化剂虽具有较高的起始活性，但随反应进行，活性有所下降，30?h后基本保持稳定，甲醇转化率和产氢率分别为73％和66％，产物湿基组成中H2和CO的质量分数分别为>55％和0.07%～0.08%。该类催化剂的反应稳定性虽较差，但却可以显著降低产物湿基组成中CO的摩尔分数。对LDHs前驱体制备的催化剂进行XRD和SEM表征结果表明，ZrO2的加入使催化剂中CuO晶粒分散更为均匀，颗粒更细。     

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Pd/ZnO催化剂还原过程中Pd与ZnO的相互作用

 采用程序升温还原、程序升温脱附、程序升温电导及X射线衍射研究了并流共沉淀法制备的15.9%Pd/ZnO催化剂还原过程中结构和物种的变化及电荷的传递,考察了还原温度对该催化剂催化甲醇水蒸气重整制氢的影响. 结果表明,还原过程中Pd与ZnO间存在明显的相互作用,导致氢溢流,溢流氢促进了ZnO还原并使ZnO与Pd形成活性中心PdZn合金. 催化剂的还原历程为 PdO/ZnO → Pd/ZnO → PdZnO1-x/ZnO → 无定形PdZn合金/ZnO → 晶型PdZn合金/ZnO. 并流共沉淀法制备的Pd/ZnO催化剂Pd分散度高, PdZn合金形成温度低. 在523～573 K还原后,催化剂的PdZn合金粒径为5～14 nm, 此时催化剂对甲醇的转化率及二氧化碳选择性均达到最大值.     

甲醇水蒸气重整制氢Cu/ZnO/Al2O3催化剂的研究

燃料电池作为一种无污染、高效率的能源引起世界各大汽车公司的广泛关注[1,2]。用于燃料电池的燃料目前研究较多的是氢气,用氢气作燃料存在储存、安全、运输等问题,寻求合适贮氢方法或替代燃料,实现车载制氢是解决问题的办法。甲醇作为液体燃料,因具有高能量密度,低碳含量,以及运输和贮存等优势成为车载制氢的理想燃料,甲醇水蒸气重整制氢反应也成为研究的热点[3～10]。车载制氢对甲醇水蒸气重整制氢反应体系中的产氢速率,氢气和CO的含量都有一定的要求。尤其对CO含量要求更为苛刻,因CO易引起燃料电池阳极催化剂中毒[11,12]。因此,开…     

Cu-Ni-Al尖晶石催化甲醇重整制氢:Al含量的影响

采用固相球磨法制备了Al含量不等的Cu-Ni-Al三元尖晶石固溶体催化剂,通过BET、XRD、H2-TPR、XPS表征和催化性能评价,研究了Al含量对Cu-Ni-Al尖晶石的物化性质和甲醇制氢缓释催化性能的影响。结果表明,恒定Cu∶Ni (molar ratio)=0. 95∶0. 05,增加Al含量时(Al=2、3、4),所得催化剂的比表面积和孔体积都明显增大,且尖晶石晶胞常数和晶粒尺寸均减小,催化剂也变得难以还原。进一步研究发现,随着Al含量增加,尖晶石Ni2+含量略微增加,但尖晶石Cu2+含量大幅降低,因此,尖晶石结构中Cu2+和Ni2+的总量降低,表明Ni2+的存在抑制了Cu2+进入尖晶石结构。表面分析结果证实,Al含量增加导致催化剂表面由富Cu转变为富Al,表层尖晶石Cu2+含量降低,但仍高于体相含量。评价结果显示,随着Al含量增加,反应初始活性增大,CO选择性降低,但Al过量太多时催化稳定性降低,综合来说,Al=3的催化剂表现出较好的催化性能。结果表明,对于Cu-Ni-Al尖晶石缓释催化剂,存在最佳Al含量,对催化稳定性起到关键作用。     

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。     

钙钛矿型甲醇水蒸气重整制氢催化材料的研究

采用溶胶凝胶法合成了钙钛矿复合氧化物,负载氧化铜后得钙钛矿负载型催化材料,通过XRD(X射线衍射分析)、BET(比表面积测试)、H2-TPR(程序升温还原分析)、XPS(X射线光电子能谱)等手段对催化材料进行了表征,考察了不同种类钙钛矿负载纳米铜催化材料的结构、性质对甲醇水蒸气重整制氢性能的影响.结果显示,钙钛矿负载纳...     

Cu-Ni-Al尖晶石催化甲醇重整制氢:Al含量的影响

采用固相球磨法制备了Al含量不等的Cu-Ni-Al三元尖晶石固溶体催化剂，通过BET、XRD、H₂-TPR、XPS表征和催化性能评价，研究了Al含量对Cu-Ni-Al尖晶石的物化性质和甲醇制氢缓释催化性能的影响。结果表明，恒定Cu：Ni（molar ratio）=0.95：0.05，增加Al含量时（Al=2、3、4），所得催化剂的比表面积和孔体积都明显增大，且尖晶石晶胞常数和晶粒尺寸均减小，催化剂也变得难以还原。进一步研究发现，随着Al含量增加，尖晶石Ni²⁺含量略微增加，但尖晶石Cu²⁺含量大幅降低，因此，尖晶石结构中Cu²⁺和Ni²⁺的总量降低，表明Ni²⁺的存在抑制了Cu²⁺进入尖晶石结构。表面分析结果证实，Al含量增加导致催化剂表面由富Cu转变为富Al，表层尖晶石Cu²⁺含量降低，但仍高于体相含量。评价结果显示，随着Al含量增加，反应初始活性增大，CO选择性降低，但Al过量太多时催化稳定性降低，综合来说，Al=3的催化剂表现出较好的催化性能。结果表明，对于Cu-Ni-Al尖晶石缓释催化剂，存在最佳Al含量，对催化稳定性起到关键作用。     

铈源对甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2催化剂的影响

采用沉淀法合成了CeO_2载体,再经浸渍法负载活性组分得到CuO/CeO_2催化材料,探究了铈源(Ce(NO_3)_3·6H_2O、Ce Cl_3·6H_2O、Ce(NH_4)_2(NO_3)_6、Ce(SO_4)_2·4H_2O)对CuO/CeO_2催化性能的影响。通过采用XRD、SEM、N_2O滴定、BET和H_2-TPR等表征手段对催化材料的结构和性质研究发现,四种铈源合成的CuO/CeO_2催化材料在Cu比表面积、还原性能以及活性组分和载体间的相互作用方面存在着明显差别。其中,由Ce(NO_3)_3·6H_2O合成的CuO/CeO_2催化材料的Cu比表面积较大,CuO还原温度较低,CeO_2载体与CuO之间相互作用较强,在甲醇水蒸气重整反应过程中,表现出较佳的催化活性,在反应温度为553 K,水醇比n(H_2O)/n(MeOH)为1.2,甲醇水蒸气气体空速(GHSV)为1760 h~(-1)时,甲醇的转化率为100%,重整气中CO摩尔含量为0.84%。     

微型平板式反应器中甲醇水蒸气重整制氢的研究

研制了一种高效平板式微型制氢反应器,将甲醇重整和催化燃烧集于一体,吸热、放热合理耦合,实现快速启动和制氢过程自热运行;在反应器中进行甲醇水蒸气重整实验,考察了反应器腔内的温度分布,以及温度、空速和水醇比对制氢过程的影响。结果表明,当温度为270℃,空速为870h-1,水醇比为1.3时,甲醇转化率最高为94.85%,重整气组成为74.53%H2、1.76%CO、23.71%CO2;累计运行400h,重整最大产氢量接近6000mL/h,可为便携式燃料电池提供稳定氢源。     

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。     

甲醇水蒸气重整制氢CuAl2O4催化材料的研究

以γ-Al_2O_3为原料采用原位合成法制备CuAl_2O_4催化材料,通过XRF、XRD、BET和H_2-TPR等手段对催化材料进行表征,考察铜铝物质的量比对CuAl_2O_4催化材料结构、性质及其催化甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。结果表明,不同铜铝物质的量比主要影响了铜物种的还原性能,从而影响了其催化甲醇水蒸气重整制氢的性能。当铜铝物质的量比为1∶2时,CuAl_2O_4催化材料的催化性能较好,在反应温度为260℃,水醇物质的量比为1.2,甲醇气体空速为800 h~(-1)时,甲醇转化率为100%,产氢速率为895 mL/(kg·s)。     

镍负载量对乙醇水蒸气重整制氢催化性能和催化剂的影响

采用稳态实验对镍负载量对Ni/MgO催化剂在乙醇水蒸气重整反应的影响进行了研究。结果表明,在101.3kPa下,镍负载量越高,催化剂的活性越高。对于催化剂的选择性,存在一个最佳镍负载量为10%Ni/MgO。按选择性从大到小排序,不同镍负载量的催化剂为：10Ni/MgO>15Ni/MgO>12.5Ni/MgO>7.5Ni/MgO≈5Ni/MgO。热分析表明,焙烧过程中不同镍负载量的催化剂镍前体与载体前体之间发生的相互作用不同。XRD和TPR 表征结果显示,催化剂的晶体结构和还原特性也与催化剂上镍的负载量有关。焙烧过程中样品10Ni/MgO上镍前体与载体前体发生了两种相互作用, 并且其氧化态与其他催化剂相比具有特殊的结构和还原性。说明催化剂的选择性不仅受活性相Ni的影响而且受Ni活性相周围环境的影响。     

甲醇水蒸气重整制氢的高效碳纳米管改性Cu/ZnO/Al2O3催化剂

以碳纳米管为助剂,制备用于甲醇水蒸气重整制氢的新型高效Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂,并与传统Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂在相同条件下的催化性能进行了比较.结果表明,添加适量碳纳米管可显著提高催化剂的低温催化活性和选择性,在大幅度提高产氢速率的同时有效降低了重整产气中CO的含量.SEM和XRD分析证实适量碳纳米管的添加有效促进了Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂结构特性的改善,有利于活性铜物种的分散,从而显著提高了催化剂的低温催化性能.     

焙烧温度对甲醇水蒸气重整制氢Ce/Cu/Zn-Al水滑石衍生催化剂的影响

采用原位合成法在γ-Al_2O_3载体表面上合成了Zn-Al水滑石,再采用顺序浸渍法制备了一系列Ce/Cu/Zn-Al催化剂,并采用XRD、BET、H_2-TPR和XPS等手段对催化剂进行了表征,考察了焙烧温度对Ce/Cu/Zn-Al催化剂表面结构及其催化甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。结果表明,焙烧温度主要影响了催化剂的Cu比表面积、表面氧空穴含量和Cu-Ce间相互作用。当焙烧温度为500℃时,催化剂Cu的比表面积较大,表面氧空穴含量较多,Cu-Ce间相互作用较强,因此,催化甲醇水蒸气重整制氢活性较好。当焙烧温度升高到700℃时,Cu物种主要以稳定的CuAl_2O_4尖晶石形式存在,不利于甲醇水蒸气重整制氢反应的进行,因此,催化活性较差。     

CuZnAlZr催化剂上甲醇氧化水蒸气重整制氢Ⅰ.催化剂组成的优化

 采用共沉淀法制备了不同配比的CuZnAlZr复合氧化物催化剂,并通过XRD和TPR等表征技术及活性评价,考察了催化剂各组分配比对活性的影响,从而对各组分配比进行了优化. 结果表明,组成为(Cu7Zn3)7(Al6Zr4)3的催化剂具有最高的催化活性,反应温度为200 ℃时,甲醇转化率可高达91%,而重整气体中CO的体积分数仅为0.12%. 具有较高分散性及高还原性能的表相Cu组分的增加有利于提高催化剂的活性,Zn可以起到隔离和分散Cu的作用,而Al和Zr的存在可以稳定表相Cu2+的存在形式.