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三维有序大孔材料的制备及在CO优先氧化反应中的应用

作　者: 高欣宇
导　师: 刘源
学　校: 天津大学
专　业: 工业催化
关键词: 3DOM 大孔材料胶晶模板法聚苯乙烯 CO 优先氧化 CuO CeO2 选择性
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

一氧化碳的优先氧化（PROX）是理想的纯化燃料电池原料气的方法,研究性能良好的CO优先氧化催化剂是实现燃料电池应用的关键技术之一。本论文主要目的在于合成三维有序大孔材料（3DOM）,并将其应用于CO优先氧化反应,以提高反应的选择性。本论文工作是研制3DOM—整体式H₂中CO优先氧化催化剂前期探索。本文通过胶晶模板法制备了三维有序大孔材料,详细考察了制备过程中的影响因素,并在一氧化碳优先氧化反应中测试了3DOM—CuO-CeO₂催化剂的催化性能。得出以下结论:1.可以通过溶液的介电常数来调节聚苯乙烯的粒径,该方法简单易行,可以用来制备不同粒径大小的胶晶模板,进而控制大孔材料的孔径。2.蒸发组装法组装胶晶模板,在节约时间的基础上可以得到规整排列有序结构。3.在填充前驱液的过程中,应当选用金属硝酸盐的柠檬酸乙醇溶液,填充次数以三次为宜。4.经由甲基丙烯酸改性后的聚苯乙烯模板具有很好的排列,能观察到强烈的彩光,而且制成大孔材料后也有很好的孔结构。5.3DOM CuO-CeO₂催化剂有着很好催化活性,特别是选择性高,在80000和160000mi/gcath空速下,与颗粒催化剂的催化性能相差很大,明显优于颗粒催化剂。6.3DOM CuO-CeO₂在550℃煅烧,Cu含量15%的催化性能最好,但与10%相差不大。7.3DOM CuO-CeO₂催化剂的抗H₂O和CO₂能力有待进一步提高。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第一章绪论  7-25
  1.1 三维有序大孔材料  7-17
    1.1.1 三维有序模板的制备  8-11
      1.1.1.1 沉降法  8-9
      1.1.1.2 垂直沉积法  9
      1.1.1.3 电泳沉积法  9-10
      1.1.1.4 物理限定法  10
      1.1.1.5 蒸发自组装法  10-11
    1.1.2 前驱物的填充  11-15
      1.1.2.1 原位填充法  11-12
      1.1.2.2 盐填充-化学转化法  12
      1.1.2.3 电化学沉积法  12-13
      1.1.2.4 聚合法  13
      1.1.2.5 共组装法  13-14
      1.1.2.6 化学气相沉积法  14
      1.1.2.7 脉冲激光溅射法与离子溅射法  14-15
    1.1.3 模板的去除  15
    1.1.4 三维有序大孔材料的应用  15-17
  1.2 一氧化碳优先氧化反应研究进展  17-24
    1.2.1 氢源系统及燃料电池概述  17-18
    1.2.2 氢气中一氧化碳优先氧化（CO-PROX）催化剂的研究进展  18-21
      1.2.2.1 贵金属催化剂  18
      1.2.2.2 金催化剂  18-19
      1.2.2.3 Cu基催化剂  19-20
      1.2.2.4 小结  20-21
    1.2.3 氢气中一氧化碳优先氧化催化反应器的研究进展  21-24
      1.2.3.1 颗粒催化剂反应器研究现状  21
      1.2.3.2 整体式催化剂研究现状  21-22
      1.2.3.3 微型反应器研究现状  22
      1.2.3.4 泡沫金属（Metal foam）担载的CO-PROX催化剂  22-24
  1.3 选题依据  24-25
第二章三维有序大孔材料的制备  25-47
  2.1 实验部分  25-29
    2.1.1 实验试剂  25
    2.1.2 实验仪器  25-26
    2.1.3 三维有序大孔材料的制备  26-28
      2.1.3.1 聚苯乙烯的合成  26
      2.1.3.2 胶晶模板的组装  26-27
       2.1.3.3 溶胶凝胶法制备 3DOM  27
      2.1.3.4 盐填充化学转化法制备3DOM  27-28
      2.1.3.5 柠檬酸络合法制备3DOM  28
      2.1.3.6 胶晶模板制备的改进  28
    2.1.4 表征  28-29
      2.1.4.1 比表面积（BET）及孔径分布的测定  28
      2.1.4.2 扫描电镜  28-29
      2.1.4.3 热分析 TG-DTG  29
  2.2 结果与讨论  29-46
    2.2.1 聚苯乙烯微球合成  29-32
      2.2.1.1 搅拌速率  29-30
      2.2.1.2 反应物浓度  30-31
      2.2.1.3 添加剂介电常数  31-32
    2.2.2 模板组装  32-33
    2.2.3 三维有序大孔材料的制备  33-44
      2.2.3.1 大孔材料的的扫描电镜图  33-35
      2.2.3.2 前驱液类型  35-38
      2.2.3.3 微球粒径  38-39
      2.2.3.4 煅烧条件  39-43
      2.2.3.5 胶晶模板制备的改进  43-44
    2.2.4 比表面积（BET）的测定和孔径分布  44-46
  2.3 小结  46-47
第三章 CuO-CeO_2 大孔材料催化剂的表征及催化性能测试  47-64
  3.1 实验部分  47-50
    3.1.1 催化剂的制备  47
      3.1.1.1 CuO-CeO_2 大孔材料（3DOM CuO-CeO_2）催化剂的制备  47
      3.1.1.2 CuO-CeO_2 颗粒催化剂的制备  47
    3.1.2 催化剂性能测试  47-49
      3.1.2.1 氢气中 CO 优先氧化活性和选择性的测试  47-48
      3.1.2.2 CO_2 对催化剂性能的影响测试  48
      3.1.2.3 H_2O 对催化性能的影响测试  48
      3.1.2.4 H_2O 和CO_2 对催化性能的影响测试  48-49
    3.1.3 催化剂的表征  49-50
      3.1.3.1 X 射线衍射（XRD）测试  49
      3.1.3.2 程序升温还原（TPR）测试  49-50
  3.2 结果与讨论  50-63
    3.2.1 3DOM CuO-CeO_2 的扫描电镜(SEM)图  50-51
    3.2.2 3DOM CuO-CeO_2 的活性和选择性测试结果  51-52
    3.2.3 3DOM CuO-CeO_2 与颗粒催化剂（Particle）CuO-CeO_2 在不同空速下的性能测试  52-55
    3.2.4 煅烧温度对3DOM CuO-CeO_2 催化活性的影响  55-56
    3.2.5 煅烧方法的影响  56-57
    3.2.6 Cu 含量对3DOM CuO-CeO_2 催化性能的影响  57-59
    3.2.7 3DOM CuO-CeO_2 的抗 H_2O 和 CO_2 性能  59-60
    3.2.8 3DOM CuO-CeO_2 的TPR 研究  60-63
  3.3 小结  63-64
第四章结论  64-65
参考文献  65-71
硕士期间发表论文  71-72
致谢  72

三维有序大孔材料的制备及在CO优先氧化反应中的应用

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