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富氢气氛下CO的选择性氧化研究

作　者: 周玲玲
导　师: 徐祖辉；陈诵英
学　校: 上海师范大学
专　业: 应用化学
关键词: 氢能氧化铜/氧化铈催化剂富氢气体中的CO选择性氧化协同效应
分类号: O643.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 250次
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内容摘要

当今时代，世界能源紧缺和环境污染问题已日益严重。我国的大气污染状况是世界上比较严重的国家之一，在各类大气污染物中通常含有一氧化碳和碳氢化合物，它主要来自燃料和机动车排气。动力设备如汽车在很大程度上依赖于石油资源。石化燃料燃烧产生的CO₂引起了温室效应，而CO、NO_x和烃类危害人体健康。因此，能源安全和环境保护是当今世界面临的严峻问题。解决能源和环境问题最根本的方法是采用太阳能、水能、风能、生物质能和氢能等可利用资源。利用太阳能直接光电转换电解水制氢，或利用太阳能高温直接热解水制氢，都是目前最洁净的制氢技术，也是今后有希望替代石化燃料的供电和制氢技术。氢还可以通过生物质或石化燃料间接制取，即利用地球上动物和植物本身蕴藏的生物能来制造氢气。甘蔗、桔梗等可以用作原料制取甲醇和乙醇。甲醇也是一系列生物化工流程中的副产品并且可以通过二氧化碳和太阳能来产生；但是生物制氢只能作为小规模制氢的方法，它不能满足大规模工业用氢的需要。烃类水蒸气重整是一个成熟的技术，已用于大规模工业化生产氢。重整原料可以是汽油、煤油、天然气和甲醇等。虽然现阶段甲烷的水蒸气重整是最为广泛且最经济的制氢方法，但甲醇的重整温度（230℃）低于甲烷（260℃），而且易于储存，可以从再生资源制取。对于利用重整制氢的燃料电池系统而言，甲醇比天然气更适宜用作重整原料。燃料电池是当今为解决能源危机和大气污染及温室气体效应问题而最受关注的技术之一。它是一个电化学转换装置，以氢和氧为原料产生电、水和热能，效率比普通内燃机高2倍以上。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）既可作为移动动力源又可用于固定发电系统，潜在着巨大的应用市场。目前，PEMFC的阳极催化剂以Pt为主要活性组分，由于反应温度（80℃—95℃）低，所以易被CO中毒。在现阶段以及今后相当长的时期内，燃料电池所用的氢气还将依赖于含碳原料的转化，由于重整所制得的氢气中含有CO，虽然经过水煤气变换后其含量可达到1％，但对燃料电池的Pt电极仍有毒化作用，使电池效率下降。因此，氢气中的CO浓度必须降至10ppm以下。为了深度降低CO的浓度，可采用变压吸附和／或膜分离的技术，但在许多场合（例如车载制氢或小规模重整器），利用CO的选择性氧化更具优越性。迄

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摘要  5-9
ABSTRACT  9-13
第一章文献综述  13-34
  1.1 研究背景  13-15
  1.2 H_2中CO脱除技术概述  15-18
    1.2.1 变压吸附  16
    1.2.2 Pd膜分离  16-17
    1.2.3 溶剂吸收法  17
    1.2.4 低温水煤气变换  17
    1.2.5 甲烷化反应  17-18
    1.2.6 CO选择性氧化  18
  1.3 富氢气氛中CO的选择性氧化  18-32
    1.3.1 研究概况  18-19
    1.3.2 催化剂的制备  19
    1.3.3 催化剂的体系组成  19-31
    1.3.4 反应机理  31-32
  1.4 本课题的研究内容和意义  32-34
第二章实验部分  34-38
  2.1 实验试剂及仪器  34
  2.2 催化剂的制备  34-35
    2.2.1 CuO／CeO_2催化剂的制备  34
    2.2.2 Pt／TiO_2-ZrO_2催化剂的制备  34-35
    2.2.3 CuO／CeO_2-MO_2和Pt／CuO-CeO_2催化剂的制备  35
  2.3 表征方法  35-36
    2.3.1 比表面积及孔分布的测定(BET)  35
    2.3.2 X射线衍射(XRD)  35
    2.3.3 X射线光电子能谱(XPS)  35
    2.3.4 程序升温还原(TPR)／程序升温脱附(TPD)／程序升温氧化(TPO)  35-36
    2.3.5 扫描电子显微镜(SEM)  36
  2.4 催化剂的活性评价  36-38
    2.4.1 催化剂活性评价装置  36-37
    2.4.2 分析仪器  37-38
第三章 CuO／CeO_2系列催化剂的制备与催化性能  38-55
  3.1 引言  38-39
  3.2 催化剂的制备  39
  3.3 CuO／CeO_2催化剂的活性评价  39-41
    3.3.1 制备方法对催化活性的影响  39
    3.3.2 CuO含量对催化活性的影响  39-41
    3.3.3 焙烧温度对催化活性的影响  41
  3.4 CuO／CeO_2催化剂的性能表征  41-49
    3.4.1 XRD分析  41-42
    3.4.2 比表面积分析  42-43
    3.4.3 SEM分析  43-44
    3.4.4 XPS分析  44-45
    3.4.5 TPR TPD TPO分析  45-49
  3.5 变换不同载体的CuO／MOx催化剂的活性评价  49-51
    3.5.1 不同的三价稀土氧化物作载体时的CuO／M_2O_3催化剂的活性评价  49-50
    3.5.2 不同的四价稀土氧化物作载体时的CuO／MO_2催化剂的活性评价  50-51
  3.6 反应操作条件对催化性能的影响  51-53
    3.6.1 空速的影响  51-52
    3.6.2 [O_2]／[CO]的影响  52-53
  3.7 本章小结  53-55
第四章 Pt／TiO_2-ZrO_2系列催化剂的制备与催化性能  55-62
  4.1 引言  55
  4.2 催化剂的制备  55-56
    4.2.1 TiO_2-ZrO_2的制备  55-56
    4.2.2 Pt／TiO_2-ZrO_2催化剂的制备  56
  4.3 TiO_2-ZrO_2的性能表征  56-58
    4.3.1 XRD分析  56-57
    4.3.2 比表面积分析  57-58
  4.4 Pt／TiO_2-ZrO_2催化剂的催化性能  58-61
    4.4.1 还原气氛对催化性能的影响  59-60
    4.4.2 TiO_2-ZrO_2预焙烧温度对催化性能的影响  60-61
    4.4.3 Pt含量对催化性能的影响  61
  4.5 本章小结  61-62
第五章 CuO／CeO_2-MO_2和Pt／CuO-CeO_2催化剂的催化性能考察  62-66
  5.1 引言  62
  5.2 催化剂的制备  62-63
  5.3 催化剂的催化性能考察  63-64
    5.3.1 CuO／CeO_2-MO_2催化剂的活性评价  63-64
    5.3.2 Pt／CuO-CeO_2催化剂的活性评价  64
  5.4 本章小结  64-66
第六章研究总结与展望  66-69
  6.1 工作总结  66-67
  6.2 展望  67-69
参考文献  69-75
致谢  75-76
硕士期间已发表及待发表论文  76-77
论文独创性声明  77
论文使用授权声明  77-78

富氢气氛下CO的选择性氧化研究

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