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Cu/CeO_2水煤气变换催化剂的研究

关注热度:90   来源:新能源学术论文  作者:李达林
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【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。
【关键词】:WGS Cu/CeO2 催化剂
【学位授予单位】:福州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O643.3
【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-TPR29-30
  • 3.3 CO-TPD30-31
  • 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 XRD35-36
  • 4.3 比表面积和孔结构36
  • 4.4 H2-TPR36-38
  • 4.5 CO-TPD38-39
  • 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 XRD42-44
  • 5.3 EPR44-45
  • 5.4 H2-TPR45-46
  • 5.5 CO-TPD46-47
  • 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 XRD49-50
  • 6.2 XPS50-54
  • 6.3 CO-TPD54-56
  • 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


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