生物油及其衍生物催化重整制氢研究进展

氢气作为最理想的清洁能源之一，在石油、化工、冶金、石化、食品和化肥工业等行业中发挥着重要作用。生物油水蒸气催化重整制氢作为一种具有发展前景且经济可行的绿色制氢技术，近些年来受到了研究者的广泛关注。本工作对近年来该领域的研究进展进行综述，重点分析了生物油(生物原油、水相生物油以及重质生物油/焦油)、生物油模型化合物(羧酸类、醇类、酚类等)和其他生物油衍生物的催化重整产氢过程，包括其在重整反应机理、重整工艺以及催化剂等方面的研究进展。对多种混合模化物以及真实生物油催化重整反应机理的深入探究是目前研究的主要难点，研制节能、高效的催化重整反应器以及开发稳定、高活性的重整催化剂是目前乃至今后生物油催化重整制氢领域研究和推广的重点。     

Pt/TiO2光诱导催化重整乙醇制氢

对无氧条件下Pt/TiO2光诱导催化重整乙醇制氢进行了系统的研究，结果表明，乙醇的光催化重整制氢反应受催化剂表面化学状态，反应体系的pH值，浓度的影响较大，而受反应体系温度的影响较小，在运动XRD，XPS，HNMR等技术手段对催化剂和反应产物进行表征，分析的基础上，提出了无氧条件下乙醇光催化重整制氢可能的反应机理。     

固体酸催化剂对二甲醚水蒸气重整制氢过程的影响

将 HZSM-5 (n(SiO2)/n(Al2O3) = 25, 38, 50 和 93.5), HM, Hβ, HY 和γ-Al2O3 等多种固体酸催化剂用于二甲醚(DME)水解, 并将其分别同自制的 CuO/ZnO/Al2O3 催化剂进行机械混合, 制备双功能催化剂并用于 DME 水蒸气重整制氢反应. 结合 NH3 程序升温脱附表征手段, 考察了固体酸催化剂酸性位的强度、酸量及种类对 DME 水解和重整反应的影响;结合热重-差热扫描量热分析表征手段, 研究了 HZSM-5(93.5)和γ-Al2O3 在 DME 水解过程中的稳定性. 在此基础上, 进一步研究了固体酸催化剂对 DME 重整制氢反应中 DME 转化率、H2 摩尔产率以及含碳气体产物选择性的影响. 结果表明, 固体酸催化剂的酸性位的强度和酸量对 DME 重整制氢过程具有显著的影响, 强酸度和高酸量无益于 DME 水蒸气重整制氢;以 HZSM-5 为固体酸的双功能催化剂具有较好的低温活性, 而以γ-Al2O3 为固体酸的双功能催化剂在高温下具有较高的 H2 产率.     

乙醇水蒸气重整制氢催化剂Ni/Al2O3的研究

采用壳多糖螯合、浸渍法制备出Ni/Al2O3催化剂,并用BET、XRD、TG等方法对催化剂的性能、结构进行表征.通过在常压固定床流动体系中进行乙醇水蒸气重整制氢反应,讨论和评价了催化剂的性能.结果表明,10%Ni/Al2O3催化剂对乙醇水蒸气重整制氢表现出较好的活性.在反应温度高于500℃、水醇比为3∶1时,乙醇转化率100%,H2选择性在68%以上,增大水醇比可使H2选择性适度提高.     

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...     

Pd促进ZnO/Al2O3催化乙醇水蒸气重整制氢

采用浸渍法制备了Pd促进ZnO/Al2O3催化剂, 考察了该催化剂作用时, 在水醇摩尔比为3, 常压和450 °C工作条件下乙醇水蒸气重整(SRE)制氢反应性能. 研究结果表明, 在该催化剂体系作用下的SRE反应过程中, H2、CH3CHO为主要产物, 与ZnO/Al2O3催化剂不同, Pd能促使CH3CHO发生C-C键断裂反应, 显著提高C2H5OH转化率及H2选择性, 分别达65%、55%. 还利用BET比表面积、透射电子显微镜(TEM)、热重-差示扫描量热-质谱(TG-DSC-MS)等表征手段考察了催化剂失活以及表面积炭情况, 发现Pd的加入对催化剂总积炭量并无明显影响.     

CuZnNi催化剂乙醇部分氧化制氢的研究

采用共沉淀法,制备了一系列CuZn、CuZnNi催化剂,考察了其对乙醇部分氧化制氢的性能;并通过XRD、TPR等手段,对催化进行了表征。实验结果表明,O2/C2H5OH比和反应温度对催化剂的性能有很大的影响,CuZnNi催化剂比不含Ni的CuZn催化剂表现出现更高的活性和选择性。     

助剂MgO、CaO对甲烷水蒸气重整Ni/γ-Al_2O_3催化性能的影响

采用固定床装置,考察了以共浸方式引入的助剂MgO、CaO对Ni/γ-Al2O3催化剂在甲烷水蒸气催化重整中的催化反应性能的影响。结果表明,在H2O/CH4/N2的摩尔比为2.86/1/3.28,GHSV为1 800 h-1,反应温度为700℃下,催化剂Ni-CaO/Al2O3催化性能最好;反应初期甲烷转化率可达到96.95%、CO选择性可达68.93%、H2收率可达73.58%。XRD和H2-TPR结果表明,CaO的存在使催化剂中的活性NiO组分增多,还原性和分散性能较好。利用热分析技术对积炭进行考察发现反应10 h后的Ni-CaO/Al2O3催化剂上并未出现导致催化剂失活的炭物种。     

改性橄榄石对C_7H_8/CO_2催化重整的影响

在固定床反应器中,以甲苯作为生物质气化焦油模型化合物,橄榄石作为甲苯裂解催化剂,结合XRD、SEM、BET、H2-TPR等表征手段,考察了不同重整反应温度、CO_2浓度、橄榄石煅烧温度以及载镍量对甲苯催化重整性能的影响。结果表明,甲苯转化率随着重整反应温度的升高而增加,橄榄石对甲苯具有较高的催化活性,经900℃煅烧后的橄榄石活性最高。相比于橄榄石直接催化裂解甲苯,CO_2的加入能够显著降低催化剂表面的积炭率,当CO_2/C_7H_8物质的量比为4时,橄榄石催化剂表面的积炭率降低至17.0%。橄榄石载镍后,对C_7H_8/CO_2的催化重整性能进一步提高,甲苯转化率最高达到99.4%,但是积炭率也会随之增加。     

Fe含量对层状K-Fe-Ti金属氧化物光催化制氢性能的影响

以KNO3,Fe(NO3)3·9H2O,TiO2为原料,通过固相反应,制备出一种新型的光催化材料K-Fe-Ti层状金属氧化物,考察了这种催化剂的光催化制氢性能.发现Fe的含量并不是影响催化剂光催化制氢性能的主要因素,而催化剂的结构是影响光催化制氢效率的主要原因,不同牺牲剂对其光催化制氢性能也有较大的影响.     

Cu-Ni/γ-Al_2O_3双功能催化剂上二甲醚水蒸气重整制氢

用沉积-沉淀法分别制备了Cu/γ-Al2O3、Ni/γ-Al2O3和Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂,并研究了它们在二甲醚水蒸气重整(DMESR)制氢反应中的催化性能.采用比表面积测定(BET)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、程序升温氧化(TPO)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对催化剂的物相结构、微观形貌、还原性能、表面酸性和积炭特性等进行了研究.结果表明:Cu、Ni均为二甲醚水蒸气重整制氢的活性组分,Cu、Ni和γ-Al2O3之间存在着相互作用;镍的加入可以有效地提高铜组分在γ-Al2O3上的表面富集与分散,优化铜组分的分布状态,促进CuO颗粒的细小化,并可增强铜组分和载体之间的相互作用,有效地防止铜晶粒的团聚,从而提高催化剂的活性及稳定性;铜的加入可以改善催化剂中金属镍的分散性,减少镍颗粒的尺寸,降低催化剂对CH4的选择性,提高催化剂的H2产率,并在一定程度上抑制了积炭的形成与沉积.在350℃的温度下,反应进行100h后,Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂仍保持95%的二甲醚转化率,说明该催化剂具有较好的活性和稳定性.     

负载型Pt催化剂上生物质水相重整制氢

制备了Al2O3,活性炭(AC),氢型超稳Y分子筛(HUSY)和SiO2载的Pt催化剂.采用N2物理吸附、感应耦合等离子体原子发射光谱和H2化学吸附等手段对催化剂进行了表征,并考察了它们在甘油水相重整反应中的催化性能.重点研究了Pt/AC催化剂上不同多元醇、葡萄糖和其它可溶性糖的水相重整制氢反应.结果表明,在甘油水相重整制氢反应中,负载Pt催化剂的活性在低温(503K)以Pt/AC,Pt/HUSY,Pt/SiO2和Pt/Al2O3的顺序递增,然而在高温(538K)却以Pt/SiO2,Pt/HUSY,PVAC和Pt/Al2O3的顺序递增.在载体为酸性的催化剂Pt/Al2O3和Pt/HUSY上有利于烃的生成;在多元醇水相重整制氢反应中,产物氢的选择性和产率随碳数增加而降低;在葡萄糖水相重整制氢反应中,产物氢的选择性和收率随其浓度增加而降低,烃选择性在葡萄糖浓度为4.6%时最高,这与葡萄糖的缩合和降解等副反应有关.果糖比葡萄糖更难发生水相重整制氢反应.与低级糖麦芽糖和葡萄糖相比,在多糖淀粉的重整制氢反应中氢选择性和收率较高.     

整体式催化剂催化重整净化生物质粗燃气性能研究

采用分步浸渍法制备了以Ni为活性组分的整体式催化剂,以萘为生物质焦油的模型化合物,考察了整体式催化剂催化重整生物质粗燃气的性能,通过元素分析、热重分析等方法对催化剂的表面积炭进行了研究。结果表明,在整体式催化剂作用下,108h的连续反应中,CH4的平均转化率达到92%,最高达到93.8%。合成气H2/CO的摩尔比保持0.95左右,最高达到1.15,适合液体燃料合成。CO2 的平均转化率为80%,最高达到88%。实验中添加萘模拟生物质焦油的成分,经检测焦油全部转化为H2、CO及微量轻质组分。反应连续进行108h,未发现反应器压降变化和CH4与焦油转化率的下降,表明整体式催化剂具有较好的活性和抗积炭性能。     

Ni-Fe催化剂乙醇部分氧化制氢的研究

研究了Ni Fe催化剂对乙醇部分氧化制氢反应,系统地考察了不同O2/C2H5OH摩尔比及反应温度下催化剂的性能.发现Ni Fe催化剂对乙醇部分氧化制氢具有较好的催化活性,其中组成为Ni50Fe50催化剂最好,最佳的反应条件是O2/C2H5OH=1.0,T=573 K.XRD谱图表明催化剂主要由尖晶石结构的铁酸盐和FeNi3合金相组成. XPS结果说明,催化剂体相以还原态FeNi3合金相为主,表面以氧化态的铁酸盐为主.稳定性考察的结果表明,催化剂经40 h反应后,对氢的选择性明显下降,此时对应的FeNi3物相衍射峰强度也明显降低,表明催化剂对H2选择性的下降与FeNi3物相的转变有关.     

蒽醌法生产过氧化氢用新型氢化催化剂的制备

 采用水合肼液相还原法制备了负载型镍催化剂，对其催化蒽醌加氢反应的活性进行了考察，采用电感耦合等离子发射光谱、X射线衍射以及H2化学吸附等手段对催化剂进行了表征，并与用氢气还原法制备的催化剂进行了对比．结果表明，用水合肼还原制备的催化剂的Ni粒子较大，Ni分散度及H2吸附量较低，但其催化蒽醌氢化反应的活性高得多．     

可见光下Fe~（3＋）掺杂对K2La2Ti3O（10）分解水制氢性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe3+掺杂的Fe-K2La2Ti3O10.光催化剂,并通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对其进行了表征和分析,考察了不同掺杂量对K2La2Ti3O10的性质及光催化分解水制氢活性的影响.结果表明,Fe-K2La2Ti3O10.在400-650 nm范围内显示强吸收,光谱响应扩展到可见光区(λ>400 nm),掺杂Fe3+后,K2La2Ti3O10.的可见光区的光催化制氢活性显著提高,掺杂量为nPe/nn=0.04时活性最佳,当催化剂用量为0.1 g,反应液为CH3OH(30 mL)+H2O(90 mL)时,产氢量达到1.92 μmol·h-1,为未掺杂时的4倍.     

可见光下Fe3+掺杂对K2La2Ti3O10分解水制氢性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe3+掺杂的Fe-K2La2Ti3O10光催化剂, 并通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对其进行了表征和分析, 考察了不同掺杂量对K2La2Ti3O10的性质及光催化分解水制氢活性的影响. 结果表明, Fe-K2La2Ti3O10在400-650 nm范围内显示强吸收, 光谱响应扩展到可见光区(λ>400 nm), 掺杂Fe3+后, K2La2Ti3O10的可见光区的光催化制氢活性显著提高, 掺杂量为nFe/nTi=0.04时活性最佳, 当催化剂用量为0.1 g, 反应液为CH3OH(30 mL)+H2O(90 mL)时, 产氢量达到1.92 μmol·h-1, 为未掺杂时的4倍.     

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。     

甲缩醛的合成与重整制氢

综述了甲缩醛(DMM)的合成及其重整制氢研究的最新进展.甲醇选择氧化直接合成DMM的工艺路线短、成本低,是一种合成DMM的新技术,所使用的催化剂要求兼具酸性和redox性能,表面酸性和redox的匹配是获得甲醇高转化率和DMM高选择性的关键.已研究过的性能较好的催化剂体系有负载型Re氧化物、酸性修饰的V2O5/TiO2以及含有Mo和V等的多组分无定形复合氧化物等,在这些催化剂上,甲醇转化率可达60%,DMM选择性可达90%,副产物主要为甲酸甲酯,还有少量甲醛.与甲醇相比,DMM的毒性较低,容易在环境中降解,用DMM代替甲醇进行重整制氢是一种为燃料电池提供移动氢源的新方案.DMM重整制氢需要兼具酸性和金属的双功能复合催化剂,其中酸性组分应当具有很高的DMM水解活性.硝酸处理的高表面积酸性碳材料H-HSPRC(由酚醛树脂碳化得到)具有很高的DMM水解活性,其与传统的CuZnAI催化剂组成的复合催化剂CuZnAl-H-HSPRC具有很高的DMM重整制氢速率,513K时生成H2的速率可达7410ml/(g·h),高于相同温度下CuZnAI催化剂上甲醇重整的产H2速率.     

有机蒙脱土负载镍催化剂上乙醇重整制氢（英文）

采用浸渍法制备了有机改性蒙脱土(OMt)负载的Ni/有机蒙脱土(Ni/OMt)催化剂,用于乙醇重整制氢;通过XRD、FT-IR、H2-TPR、SEM、XPS和氮吸附等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明,与未改性的蒙脱土负载的Ni催化剂(Ni/MMT)相比,有机改性可显著提高其比表面积、孔容和金属Ni的分散度,降低碳沉积量,改善Ni/MMT催化剂的稳定性。Ni/OMt催化剂表现出较高的乙醇重整制氢催化性能,在773 K下反应30 h,乙醇转化率保持在100%,氢气选择性为70%;而Ni/M M T催化剂在反应10 h即开始失活,碳沉积严重,同时产生副产物乙烯和乙醛。使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性可促进Ni高分散在MMT层板上,抑制积炭对活性金属Ni包裹,提高其乙醇重整氢气选择性、降低乙烯和乙醛的选择性。