低温乙醇自热重整制氢催化剂研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 韩雪 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 贺泓 |
| 关键词 | 铑催化剂 铈镧固溶体 铜铈复合氧化物 生物乙醇 自热重整 Rhodium catalyst cerium-lanthanum solid solution copper-cerium mixed oxide bio-ethanol auto-thermal reforming |
| 其他题名 | The catalyst for hydrogen production from auto-thermal reforming of ethanol at low-temperature |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 催化生物乙醇制氢有望成为用清洁可再生能源替代化石能源的有效途径。其中自热重整制氢（ATR）因具有低温下乙醇转化率和氢气选择性高，积碳速率、CO选择性和能量消耗低的特点，受到了广泛的关注。 采用尿素共沉淀法制备了MgO、ZnO、TiO2、ZrO2和CeO2氧化物载体，负载了1 wt.%的Rh后，筛选出了活性较好、抗积碳能力较强的ATR反应催化剂，并量化了CH2CH2和CH3COCH3生成速率与积碳速率的关系。发现上述催化剂的乙醇转化率和H2产率的变化规律为：1%Rh/ZrO2> 1%Rh/CeO2> 1%Rh/TiO2> 1%Rh/ZnO> 1%Rh/MgO。1%Rh/MgO 和1%Rh/CeO2催化剂具有较好的可还原性，同时也具有较强的抗积碳能力。通过热重分析（TGA）可知，催化剂的CH2CH2和CH3COCH3生成速率分别为积碳速率的1万倍和25万倍。Raman光谱实验表明，CH3COCH3倾向于最终形成石墨碳，而CH2CH2则易形成无定型碳。综合考虑H2的产生和催化剂的稳定性，Rh/CeO2因具有较高的H2产率和较好的抗积碳能力，是一种合适的乙醇ATR反应催化剂。 采用尿素共沉淀法，向1%Rh/CeO2催化剂载体中掺入La后，发现催化剂的ATR反应活性、选择性和稳定性均大幅提高。300 ºC时， 1%Rh/Ce 0.7La0.3Oy 催化剂即可实现乙醇的完全转化，对应的H2产率为2.28 mol·mol -1EtOH，是1%Rh/CeO2催化剂H2产率4.2倍。X射线粉末衍射（XRD）和Raman光谱表征结果说明添加的La进入了CeO2晶格并以固溶体形式存在。氢气程序升温还原（H2-TPR）和TGA结果表明，La的掺入大幅度提高了CeO2负载Rh催化剂的氧化还原能力，进而促进了ATR过程中乙醇向CH3CHO的转化、CH3COCH3的去除和水汽变换反应，因此抑制了积碳和CO的产生。 通过调整尿素共沉淀法中尿素与金属离子的摩尔比（N），制备了高活性和稳定性的铈镧固溶体负载Rh催化剂。XRD和Raman光谱证明了铈镧是以固溶体形式存在的，且N = 5 ~ 15对催化剂晶体结构和组成无明显影响。催化剂的比表面积、可还原性和ATR反应过程中的乙醇转化率和H2产率均随N（N = 5 ~ 15）的增加而下降。当N = 5时，催化剂获得了最好的活性和选择性，350 °C时，该催化剂的H2产生速率为253 μmol·gcat-1·s-1，比相近反应条件下其他Rh基催化剂高出了1~2个数量级，且450 ºC时使用72h后，没有明显的失活。250 ~ 450 ºC的温度范围内，采用铈镧固溶体负载Rh为ATR催化剂时，产物气流中CH2CH2和CH3COCH3的浓度均低于200 ppm，这保证了其良好的稳定性。 采用尿素共沉淀法制备了铜铈复合氧化物型非贵金属催化剂用于ATR反应，发现在250 ~ 450 ºC的温度范围内，气态产物中只包含H2和CO2，无CO的产生（＜200 ppm）。300 ~ 400 ºC，非贵金属催化剂20CuCe的氢气产生速率高于贵金属催化剂1%Rh/CeO2，且20 h的老化实验后优势更为明显。这说明CuO-CeO2也可以作为一种低温乙醇制氢催化剂。 |
| 公开日期 | 2014-07-16 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7588]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_大气环境科学实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 韩雪. 低温乙醇自热重整制氢催化剂研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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