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生物质活性炭基硼氢化钠水解制氢催化剂的研究

作　者: 张璇
导　师: 郭庆杰
学　校: 青岛科技大学
专　业: 化学工程
关键词: 氢气生物质活性炭多组分 Zr/Co/C催化剂 Cu/Zr/Co/C催化剂
分类号: TQ116.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着世界能源的短缺和环境问题的加剧,氢能作为一种清洁可再生能源,引起了世界各国的广泛关注。硼氢化钠水解供氢技术具有储氢量高、可制取高纯氢气、对环境友好等优点,是目前广为探讨的供氢技术之一。对于硼氢化钠水解制氢技术,催化剂的开发是关键。目前已有的硼氢化钠水解制氢催化剂大都受成本高、活性和稳定性差等问题的制约,不利于实际应用。因此,本文对新型生物质活性炭基催化剂催化硼氢化钠水解制氢技术进行了系统研究,开发了一系列新的催化活性高、使用寿命长、价格低廉的硼氢化钠水解制氢催化剂。本文主要研究内容和结果如下：1、考察了多种生物质活性炭基单组分催化剂的催化性能,选取最佳生物质,优化制备条件。采用多种生物质废弃物为原料制成活性炭,分析其负载Co基催化剂后催化水解NaBH4制氢的性能,考察了不同制备条件对生物质活性炭基催化剂的产氢性能的影响。研究结果表明：生物质活性炭基催化剂具有较好的催化活性,其催化活性由高到低为花生壳>玉米秸秆>稻壳>椰壳>啤酒糟>核桃壳；最佳制备条件为炭化温度500℃、炭化时间1h、活化温度800℃、活化时间2h；其中Co/花生壳活性炭催化剂表现出高活性和较好的稳定性。2、系统地考察了掺杂多种族助剂的多组分催化剂的催化性能,确定最佳助剂及配比,并对催化剂助剂的作用方式进行了分析。结果表明：(1)不同助剂对Co/C催化剂的影响方向不同,第二主族碱土金属对其起钝化作用,过渡金属一般对其起活化作用；(2)Zr和Cu助剂对催化剂的活性和稳定性促进作用显著,但与Co/C相互作用的形式不同。Zr助剂以Zr02形式存在于Zr/Co/C催化剂表面,而Cu助剂进入C0304晶格形成新活性物种Cu0.75-xCo2.25+xO4;(3) Zr:Co在配比范围为0.1：10～0.5：10时,表现出最高催化活性；(4)多组分催化剂的循环稳定性较单组分显著提高。3、详细的分析了双组分Zr/Co/C催化剂催化体系下的水解反应动力学,得出表观动力学方程如下：r=Ae-34840/(RT)[catalyst]1.53[NaOH]-0.54[taBH4]0.43。并分别提出了助剂掺杂型和络合型的催化作用机理。4、研究了一步法催化剂制备工艺,考察一步法催化剂的活性、优化制备条件。并将硼氢化钠水解制氢反应与液固磁流化订床反应器相结合,实现可控制氢.

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
1 文献综述  11-23
  1.1 氢能  11-14
    1.1.1 世界能源现状及我国面临的能源问题  11-12
    1.1.2 氢能的优点及应用  12-14
    1.1.3 储氢技术  14
  1.2 硼氢化钠水解制氢反应  14-15
    1.2.1 硼氢化钠水解反应的基本原理  14
    1.2.2 硼氧化钠水解反应的优点  14-15
  1.3 硼氢化钠水解制氢催化剂的研制现状  15-18
    1.3.1 贵金属催化剂  15-16
    1.3.2 非贵金属催化剂  16-17
    1.3.3 催化剂的制备方法  17-18
  1.4 硼氢化钠水解制氢机理研究  18-20
  1.5 生物质活性炭载体催化剂  20-21
  1.6 本论文的研究内容和创新点  21-23
    1.6.1 研究意义  21-22
    1.6.2 研究内容  22
    1.6.3 创新点  22-23
2 生物质活性炭基催化剂的制备及活性研究  23-35
  2.1 引言  23
  2.2 实验部分  23-28
    2.2.1 实验原料、试剂与仪器  23
    2.2.2 催化剂的制备  23-26
    2.2.3 结构及形貌表征方法  26-28
    2.2.4 催化剂催化水解硼氢化钠产氢速率测试  28
  2.3 结果与讨论  28-34
    2.3.1 不同生物质载体的Co/C催化剂催化活性  28-29
    2.3.2 表征分析  29-31
    2.3.3 炭化温度的影响  31
    2.3.4 炭化时间的影响  31-32
    2.3.5 活化温度的影响  32-33
    2.3.6 活化时间的影响  33-34
  2.4 本章小结  34-35
3 多组分催化剂催化硼氢化钠水解性能研究  35-47
  3.1 前言  35
  3.2 多组分催化剂的表征对比分析  35-41
    3.2.1 BET表征分析  35-36
    3.2.2 XRD表征分析  36-37
    3.2.3 SEM和EDX表征  37-40
    3.2.4 TPR表征  40
    3.2.5 ICP-OES表征  40-41
  3.3 多组分催化剂的制备与活性分析  41-45
    3.3.1 不同助剂双组分催化剂  41-42
    3.3.2 不同Zr/Co配比催化剂催化性能  42-43
    3.3.3 不同助剂三组分催化剂  43-44
    3.3.4 多组分催化剂的稳定性  44-45
  3.4 本章小结  45-47
4 多组分催化剂体系的动力学及机理的研究  47-57
  4.1 引言  47
  4.2 Zr/Co/C催化剂动力学分析  47-55
    4.2.1 Zr/Co/C催化剂与Co/C催化剂活性对比  47-48
    4.2.2 反应温度的影响  48-50
    4.2.3 催化剂用量的影响  50-51
    4.2.4 NaOH浓度的影响  51-53
    4.2.5 NaBH_4浓度的影响  53-54
    4.2.6 硼氢化钠水解动力学方程  54-55
  4.3 催化剂助剂作用机理探讨  55-56
  4.4 本章小结  56-57
5 一步法生物质活性炭基催化剂的研究  57-67
  5.1 引言  57
  5.2 实验部分  57-58
    5.2.1 实验药品与仪器  57
    5.2.2 一步法催化剂的制备工艺  57-58
    5.2.3 表征方法  58
  5.3 结果与讨论  58-64
    5.3.1 XRD表征分析  58
    5.3.2 SEM表征分析  58-61
    5.3.3 一步法催化剂催化性能分析  61-62
    5.3.4 活化时间的影响  62-64
  5.4 液固磁流化床反应器设计  64-65
  5.5 本章小结  65-67
6 结论与展望  67-69
  6.1 结论  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-77
致谢  77-79
攻读学位期间发表的学术论文目录  79-81

生物质活性炭基硼氢化钠水解制氢催化剂的研究

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