当前位置: 首页 > 学术论文 > 燃气能 > 正文

炭负载铁基催化剂的制备及催化甲烷裂解性能

关注热度:92   来源:新能源学术论文  作者:司欢欢
相似论文 相关推荐 你可能关注 点击排行 我要评论

【摘要】:甲烷催化裂解(CMD)只产生碳和氢气,可以有效的避免COx排放。CMD成为一条替代甲烷水蒸气重整、甲烷部分氧化等传统工艺生产氢的有效路径。过渡金属(如:Fe、Co、Ni)和炭材料均可作为甲烷催化裂解制氢的催化剂。与金属催化剂的高活性、易失活相比,炭基催化剂具有来源广、价格便宜、抗积炭能力强等优点,然而相对较低的催化活性不利于工业化应用,因此研究者期望利用两者的优点制备出具有较好催化性能的炭负载金属基催化剂。本论文以不同的活性炭为载体,通过同时活化和担载或后浸渍的方法制备出活性炭负载金属Fe基催化剂,借助XRD、氮吸附、SEM、H2-TPR等手段对催化剂的结构进行表征;并考察了不同催化剂的甲烷催化裂解制氢性能。 首先考察了以煤直接液化残渣(CLR)为碳源,硝酸铁为Fe源,利用炭材料高温还原性的特点,通过KOH活化技术,一步法实现同时炭化与负载制备出活性炭负载金属Fe催化剂。结果显示,将铁源直接加入碳源中,在制得活性炭的同时可以将硝酸铁直接还原为金属Fe催化剂。另外系统考察了不同制备条件如碱碳比、Fe源、担载量以及炭化温度等参数对炭材料结构和甲烷催化裂解制氢反应的影响。实验发现,当碱碳比为2、硝酸铁为铁源、在900℃炭化能够得到具有较高活性和稳定性的金属负载型炭催化剂。低空速和高温有利于甲烷裂解反应的进行。Fe的担载量对反应活性具有一定的影响。当铁负载量为25%时催化活性最好。Fe作为主要催化活性中心,而炭对催化的贡献较小弱。与常规法制备负载型铁基催化剂相比,一步法制得的催化剂的催化效果较优。 然后以商业级椰壳炭(AC)为活性炭载体,通过浸渍法将铁源和铝源担载于活性炭载体上,利用高温炭的还原特性,进行高温预处理可以直接制备出负载Fe-Al2O3的炭催化剂,并用于甲烷催化裂解制氢反应研究。XRD和H2-TPR结果表明,利用高温炭的还原性可以把活性炭中的硝酸铁直接还原为单质铁。负载量(Fe和Al2O3)显著影响催化剂的结构和催化甲烷裂解性能。随着负载量的增加,催化剂的比表面积和孔容减小。当负载量在20%~60%时可以形成集中分布在4.5nm的介孔,并且催化剂的反应活性和稳定性得到提高。另外考察了担载量为40%时,Fe/Al2O3质量比对炭材料结构和甲烷催化裂解制氢性能的影响。结果显示,Fe/Al2O3比会显著影响催化剂的孔结构和催化性能。当Fe/Al2O3在16/24与24/16之间时,制得催化剂具有集中的介孔分布和较高的催化活性。A1203作为结构助剂,本身并不具有催化活性,但是它可以明显提高活性炭担载Fe催化剂的反应活性和缩短活性炭负载Fe催化剂的过渡期。
【关键词】:甲烷裂解 氢气 活性炭 Fe Fe-Al_2O_3催化剂
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ203.2
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 引言9-10
  • 1 文献综述10-26
  • 1.1 常见的制氢工艺技术10-13
  • 1.1.1 烃类水蒸气转化法10-11
  • 1.1.2 部分氧化法11-12
  • 1.1.3 自热重整法12
  • 1.1.4 煤气化制氢12-13
  • 1.1.5 电解水法13
  • 1.2 甲烷催化裂解制氢技术13-23
  • 1.2.1 甲烷催化裂解催化剂13-17
  • 1.2.2 甲烷催化反应机理17-20
  • 1.2.3 甲烷裂解催化剂的再生20-23
  • 1.3 炭材料的原料23-24
  • 1.4 本文的研究目的、主要内容和意义24-26
  • 2 实验部分26-33
  • 2.1 主要原料及试剂26-27
  • 2.2 催化剂的制备27-28
  • 2.2.1 液化残渣基炭材料的制备27-28
  • 2.2.2 活性炭负载型催化剂制备和预处理28
  • 2.3 催化剂的表征28-29
  • 2.4 神华煤液化残渣的组成与性质分析29-31
  • 2.5 催化剂的性能评价31-33
  • 3 炭负载单金属Fe基催化剂的制备及甲烷裂解性能33-46
  • 3.1 引言33
  • 3.2 催化剂的制备33-34
  • 3.3 实验结果与讨论34-44
  • 3.3.1 一步法制备炭负载铁基催化剂的表征34-37
  • 3.3.2 碱碳比对液化残渣基炭材料的催化性能影响37-38
  • 3.3.3 铁源的影响38-39
  • 3.3.4 炭化温度对甲烷裂解反应的影响39-40
  • 3.3.5 负载量对活性炭负载铁基催化剂性能的影响40-43
  • 3.3.6 反应原料对裂解反应的影响43
  • 3.3.7 两步法制备的炭负载Fe基催化剂的甲烷裂解性能43-44
  • 3.4 本章小结44-46
  • 4 活性炭负载Fe-Al双金属催化剂及甲烷裂解性能46-60
  • 4.1 引言46
  • 4.2 负载Fe-Al双金属催化剂的制备46-47
  • 4.3 XRD和H_2-TPR表征47-49
  • 4.4 ICP和TG/DTG表征分析49-50
  • 4.5 孔结构表征50-51
  • 4.6 SEM表征51-52
  • 4.7 TEM表征52-53
  • 4.8 固定床催化甲烷裂解制氢性能53-55
  • 4.9 热重法进行甲烷催化裂解制氢研究55-58
  • 4.9.1 热重研究温度对催化剂制备的影响55-56
  • 4.9.2 热重-质谱联用研究温度对甲烷裂解的影响56-58
  • 4.10 本章小结58-60
  • 结论60-62
  • 参考文献62-69
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
  • 致谢70-71


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

以煤炭直接液化残渣为原料制备炭纳米管    周颖;张艳;李振涛;余桂红;邱介山;

高瓦斯高硫残煤地下气化清洁能源技术    

恩德炉煤气化工艺的防火设计    陈志平;

神华煤直接液化反应动力学的辨识和量化    李志鹏;许闽;杨中凯;刘辉;

煤炭液化在中国的发展前景    吴春来

沛城煤矿天然焦-CO_2气化特性研究    庞克亮;向文国;赵长遂;李振中;

国内外煤炭间接液化技术现状分析和展望    陈梦;徐双;

煤直接液化工艺条件对液化反应的影响    张华松;

撞击流气液吸收特性及用于甲醇合成应用研究    胡立舜;王兴军;于广锁;王辅臣;于遵宏;

加压环流反应器气含率分布实验研究    刘敏;郭治;史士东;胡发亭;

同构替代镧掺杂SBA-15负载钴基催化剂对费-托合成性能的影响    刘西京;陶从良;董俊;

煤直接液化残渣的利用研究进展    罗万江;兰新哲;宋永辉;付建平;

沥青质基有序介孔碳的制备及电化学性能    王六平;周颖;邱介山;

F-T反应产物水烃质量比分析及实验研究    周晓峰;陶跃武;翁惠新;陈庆龄;

铁矿煤球团自产还原气生产直接还原铁工艺及估算    苏亚杰;杜英虎;陈寿林;

铁矿煤球团自产还原气生产直接还原铁工艺及估算    苏亚杰;杜英虎;陈寿林;

铁矿煤球团内生还原气生产直接还原铁工艺及估算    苏亚杰;杜英虎;陈寿林;

铁矿煤球团内生还原气生产直接还原铁工艺及估算    苏亚杰;杜英虎;陈寿林;

铁矿煤球团内生还原气生产直接还原铁工艺及估算    苏亚杰;杜英虎;陈寿林;

煤化工重大技术装备政策研究    徐振刚;俞珠峰;陈贵峰;任世华;吴立新;罗腾;房金刚;肖乃友;

煤液化残渣综合利用    刘广环;陈红萍;

煤直接液化轻质油的芳烃分离与液化产物再加氢行为研究    黄珏

氢气在煤液化油中的溶解规律及其在煤高温快速液化中作用研究    罗化峰

费托反应高选择性合成汽油Co基催化剂制备与性能的研究    周晓峰

热处理及金属催化对石油焦气化过程的影响研究    刘鑫

掺炼高温煤焦油提高劣质渣油溶剂脱沥青效果及机理研究    隆建

煤基能化联产系统集成优化与评价方法    徐振刚

煤中有害元素直接液化迁移行为及其环境效应    夏筱红

煤炭生物降解转化新菌种基因工程的构建研究    徐敬尧

神华不粘煤和胜利褐煤与生物质共液化反应研究    王志红

煤高温快速液化的本质与一种两段液化的研究    李刚

煤化工气液固多相流管道磨蚀机理及仿真预测研究    包金哲

煤直接液化残渣性质及应用的探索性研究    范芸珠

微波改性与掺混煤液化残渣对石油焦气化活性的影响研究    张保申

基于CFD离心泵数值模拟及性能优化    吕培文

EPR定量测定煤中自由基的方法及煤液化机理的研究    郑榕萍

煤液化残渣利用及液化油芳烃萃取研究    李洋洋

煤直接液化反应热的测定与计算    赵渊

氢气在煤液化初始高活性阶段的作用    王顺华

煤液化油中芳烃/环烷烃分离规律及其机理研究    王秀红

陕北中低温煤焦油中酚类化合物的分离与组成分布研究    王汝成

煤直接液化残渣焦化特性研究    陈明波,王彬,赵奇,曲思建

磁黄铁矿在纳米碳管生长中的作用    杨翔,陈代璋,顾陈斌,卢晓英,余英,郭颖,吴建设

煤直接液化残渣的性质与气化制氢    崔洪,杨建丽,刘振宇,毕继诚

神东煤显微组分与基本结构特征研究    陈洪博;李文华;姜英;白向飞;

煤液化残焦基本性质及气化活性的考察研究    崔洪,杨建丽,刘振宇

矿物在合成纳米炭管中的催化作用    陈代璋,杨翔顾,陈斌

煤液化残渣与褐煤混合燃烧硫污染物排放规律    周俊虎;方磊;程军;刘建忠;周志军;岑可法;

甲烷部分氧化制合成气的研究——不同Ni担载量催化剂的反应活性考察    袁书华,储伟,罗春容,余林

Keggin型杂多酸表面和体相的催化活性和选择性之差异的研究    蔡天锡,汲江,李吕辉

γ-Al_2O_3担载的NaCl催化剂表面酸碱性质的研究    姚国胜;

异丁烯—甲醛气相缩合制异戊二烯Sb_XO_r/SiO_2催化剂表面特征和催化活性的研究    党中远,丁时鑫

甲烷芳构化反应催化剂MoO3/HZSM-5的研究—MoO3与HZSM—5的相互作用及Mo的价态    刘社田,李小云,刘润静,刘微,刘兵,徐奕德,沈师孔,郭燮贤

金属担载量对CuO/AC干法催化氧化苯酚的影响    赵江红;刘振宇;

ZnO/γ-Al_2O_3和CuO/γ-Al_2O_3催化剂表面酸碱性的研究    姚国胜;

制备条件对Ca/AC脱硫剂的影响    马建蓉,刘守军,刘振宇,朱珍平

Pd-CuO/TiO_2的还原和再氧化行为的研究    魏昭彬,陈怡萱,李文钊

NiSO_4/γ-Al_2O_3催化剂中活性组分的分散度及与其叠合活性的关联    王大庆;王建军;陶学明;张有家;谢有畅;

Mo/HZRP-1分子筛催化剂的MAS NMR表征    刘宪春;韩秀文;舒玉瑛;徐奕德;包信和;

芳香弱酸型阳离子交换树脂的制备及应用    王燕芹;魏荣卿;刘晓宁;蒋国超;

硅胶担载硫酸铈催化合成乙酸丁酯    叶志强;蒋柏泉;洪少龙;黄庆荣;刘贤相;

模板剂对包覆型MCM-41/HY复合分子筛的合成及其担载的Pd催化剂加氢脱硫性能的影响    周峰;李翔;王安杰;王林英;杨晓东;

HZSM-5分子筛担载VIB族过渡金属催化剂上C_2H_2选择性还原NO研究    荆延妮;赵震;刘坚;段爱军;姜桂元;许洁;

Friedel-Crafts反应制备乙酰化聚苯乙烯型载体    魏军;魏荣卿;卞国建;常勇;刘晓宁;

纯硅分子筛SBA-15担载碱金属的催化剂:用于乙烷选择氧化生成醛类化合物的新型催化剂体系    张哲;赵震;徐春明;段爱军;王宏宣;

脂肪族羧基弱酸性阳离子交换树脂的制备    周渊;张婷婷;魏荣卿;刘晓宁;

氧化乙酰基聚苯乙烯制备羧基树脂的研究    汪海萍;魏荣卿;张媚;刘晓宁;

~(95)Mo高场核磁共振波谱方法研究甲烷无氧芳构化反应的活性中心    郑珩;马丁;包信和;

环己醇脱氢制环己酮铜基催化剂的研究    吉定豪

光催化重整甲醇及生物质衍生物制氢    吴国鹏

孔道几何形貌控制合成基于多酸的复合催化剂及其催化性能研究    李可心

非均相Heck反应系统中炭载钯催化材料的研究    崔名全

锑氧化物及锑钒复合氧化物催化剂上的甲烷选择氧化研究    张海东

基于多酸的杂化催化剂的设计及其在生物柴油合成中的应用    许蕾蕾

中温固体氧化物燃料电池La_(1-x)Sr_xCo_(1-y)Fe_yO_(3-δ)阴极的制备及性能研究    陈静

甲烷在担载V、Mo和Ag基催化剂上的直接活化转化的研究    缪少军

炭材料担载的银、铂基催化剂上一氧化碳选择氧化反应的研究    陈礼敏

湿式催化氧化反应及其催化剂的研究    杨民

布洛芬/介孔硅纳米缓控释药物的超临界制备及其释放特性研究    倪敏

镧系醋酸盐改性MCM-41合成、表征及应用    赵延良

高性能燃烧催化剂的制备及其甲烷气敏特性的研究    张轶群

制备条件对等离子体处理Pd/HZSM-5催化剂性能影响的实验研究    陈超

氨基酸聚苯乙烯树脂的合成及其应用研究    沈珺

钼基金属氧化物催化剂在丙烷氧化脱氢反应中的活性位研究    王宇光

CdS/TiO_2纳米管的制备及其光解水制氢研究    沈菊

Ag-Co/CeO_2催化剂上CO还原NO反应的研究    张洪艳

羟胺型及羧酸型离子交换树脂的制备和应用    王燕芹

负载银催化剂上CH_4选择还原NO反应的研究    刘佳

 
关键词: 甲烷裂解

[ 学术论文搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 违规举报 ]  [ 关闭窗口 ]

 
相关学术论文推荐
 
0条 [查看全部]  相关评论
 
推荐论文
智能推荐
 
网站首页 | 关于我们 | 联系方式 | 使用协议 | 版权隐私 | 排名推广 | 广告服务 | 积分换礼 | 网站留言