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Cu/CeO_2水煤气变换催化剂的研究

作　者: 李达林
导　师: 郑起
学　校: 福州大学
专　业: 物理化学
关键词: WGS Cu/CeO2 催化剂
分类号: O643.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本论文的研究目的是获得一种具有高活性的催化材料，为一氧化碳变换构件型纳米催化剂的研发奠定基础。采用共沉淀法制备Cu/CeO2催化剂，重点考察预处理条件、铜含量、焙烧温度对其高温水煤气变换性能的影响，利用XRD、BET、TPR、TPD、XPS、EPR等技术对催化剂进行表征，并探讨Cu/CeO2催化剂的水煤气变换反应机理。结果表明：(1)还原预处理温度对Cu/CeO2催化剂的低温活性有显著影响。不经预还原和经200℃预还原的样品的低温活性最高。随着预还原温度升高，催化活性降低。因此，Cu/CeO2催化剂不需还原活化处理过程。(2)铜含量显著影响Cu/CeO2催化剂低温活性，但对高温活性几乎无影响。铜含量低于50at%，催化剂低温活性与铜含量呈线性关系，铜含量为50at%时，低温活性最高，继续增加铜含量，低温活性下降。无定形CuO、纳米颗粒CuO为催化反应的活性物种，大颗粒CuO对催化活性贡献不大。(3)Cu/CeO2催化剂的低温活性与催化剂结晶度有关。焙烧温度为400℃时，催化剂内CeO2、CuO的晶粒尺寸和结晶度最适宜，低温活性最好；焙烧温度过低, CeO2载体结晶度差，焙烧温度过高，CuO晶粒聚集长大，均导致催化活性下降。(4)Cu/CeO2催化剂的还原研究表明：以CuO形式负载在CeO2上的铜，经200℃原位还原后可被还原成金属Cu。还原态Cu对CO具有很强的吸附能力，形成Cu－CO。另外，在WGS反应条件下，载体CeO2部分被还原成Ce3＋, 形成氧缺位，表明CeO2在催化反应过程起传递氧的作用。(5)提出Cu/CeO2水煤气变换催化剂的氧化还原机理是：首先，CO吸附在Cu表面，与来自CeO2的氧反应生成CO2从表面脱除，此时，CeO2表面产生氧缺位，然后这些氧缺位夺取H2O中的氧释放出H2，CeO2表面复原，如此循环进行，完成WGS反应过程。本文制备的Cu/CeO2催化剂，具有良好的WGS反应活性，与FBD型铁基高温变换催化剂相比，具有低温活性好、活性温区宽的优点，有望成为构件型催化剂的活性组分。

全文目录

第一章前言  7-22
  1.1 整体式变换催化剂的研究背景  7-8
  1.2 国内外新型水煤气变换催化剂的研究动态  8-20
    1.2.1 负载型金WGS催化剂  9-11
    1.2.2 CeO2基水煤气变换催化剂  11-20
      1.2.2.1 CeO2载体的制备  12-13
      1.2.2.2 金属的负载  13-16
      1.2.2.3 CeO2负载金属的WGS反应机理  16-20
  1.3 本论文的课题来源、立题依据及主要研究内容  20-22
第二章实验部分  22-28
  2.1 实验流程图  22-23
  2.2 主要试剂和钢瓶气体  23
  2.3 实验仪器和装置  23-24
    2.3.1 实验仪器  23-24
    2.3.2 活性评介装置  24
  2.4 催化剂制备  24-25
  2.5 活性评价  25
  2.6 催化剂表征  25-28
    2.6.1 X射线粉末衍射(XRD)  25-26
    2.6.2 比表面积(BET)  26
    2.6.3 H2程序升温还原(H2-TPR)  26
    2.6.4 CO程序升温脱附(CO-TPD)  26-27
    2.6.5 电子顺磁共振(EPR)  27
    2.6.6 X射线光电子能谱(XPS)  27-28
第三章还原预处理条件对Cu/CeO2催化剂结构、性能的影响  28-33
  3.1 还原预处理温度对Cu/CeO2催化剂WGS活性的影响  28-29
  3.2 H2-TPR  29-30
  3.3 CO-TPD  30-31
  3.4 小结  31-33
第四章铜含量对Cu/CeO2水煤气变换催化剂结构、性能的影响  33-41
  4.1 铜含量对Cu/CeO2水煤气变换催化剂活性的影响  33-35
  4.2 XRD  35-36
  4.3 比表面积和孔结构  36
  4.4 H2-TPR  36-38
  4.5 CO-TPD  38-39
  4.6 小结  39-41
第五章焙烧温度对Cu/CeO2催化剂结构、性能的影响  41-49
  5.1 焙烧温度对Cu/CeO2催化剂WGS活性的影响  41-42
  5.2 XRD  42-44
  5.3 EPR  44-45
  5.4 H2-TPR  45-46
  5.5 CO-TPD  46-47
  5.6 小结  47-49
第六章还原态Cu/CeO2水煤气变换催化剂的研究以及反应机理探讨  49-58
  6.1 XRD  49-50
  6.2 XPS  50-54
  6.3 CO-TPD  54-56
  6.4 Cu/CeO2催化剂WGS反应机理探讨  56-58
结论  58-60
参考文献  60-64
致谢  64-65

Cu/CeO_2水煤气变换催化剂的研究

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