【摘 要】
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由于燃烧过程中的高热值和零污染,氢能被认为是替代化石燃料的最有潜力的能源。然而,目前氢气的储存方法比较昂贵且安全性较低,从而阻碍了氢燃料电池汽车的发展。甲醇水蒸气重整制氢微反应器技术不仅具有重整温度低、H2产量高和CO含量低等特点,而且易于实现现场制氢。因此,有望解决目前氢气存储及使用过程中面临的问题而引起了广泛的关注。该项技术中,微反应器中的整体式催化剂的制备及性能研究是关键所在。本文以多孔Si
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由于燃烧过程中的高热值和零污染,氢能被认为是替代化石燃料的最有潜力的能源。然而,目前氢气的储存方法比较昂贵且安全性较低,从而阻碍了氢燃料电池汽车的发展。甲醇水蒸气重整制氢微反应器技术不仅具有重整温度低、H2产量高和CO含量低等特点,而且易于实现现场制氢。因此,有望解决目前氢气存储及使用过程中面临的问题而引起了广泛的关注。该项技术中,微反应器中的整体式催化剂的制备及性能研究是关键所在。本文以多孔Si C陶瓷为催化剂载体,利用不同的负载方法将催化剂直接负载于该多孔载体上,制备了Cu-Zn O-Ce O2/Si C整体式催化剂。探究了不同负载方法对整体式催化剂的微观形貌、元素组成以及负载强度等结构性质的影响。另外,将制备的整体式催化剂装配到微反应器中,评价其在甲醇水蒸气重整制氢反应中的催化性能。具体研究内容如下:(1)采用浸渍法将Cu-Zn O-Ce O2催化剂负载在多孔Si C载体上。结果发现当重整温度为360℃时,其对甲醇的产氢转化率仅为88.9%,并且在重整反应18 h后该整体式催化剂严重失活。其原因是负载在载体上的催化剂分布不均匀、负载强度低且颗粒的粒径较大,使得催化效果不理想。(2)为了解决催化剂在载体上分布不均匀的问题,以尿素作为沉淀剂,采用水浴均相沉淀法将Cu-Zn O-Ce O2催化剂负载在多孔Si C载体上。发现均相沉淀法制备的催化剂粒径变小、分布相对均匀且比表面积增大,从而提高了催化剂的催化活性。在重整温度为300℃时,其甲醇的产氢转化率达到97.3%,反应20 h后,转化率降低至68.4%。另外,与浸渍法相比,虽然催化效果有了明显的提高,但是由于水浴加热的方式会使Si C载体受热不均匀,催化剂均匀分布的问题有待进一步改善。(3)由于Si C具有良好的微波吸收性能,因此通过微波加热均相沉淀法可以将催化剂原位沉积在多孔Si C载体上。发现最佳尿素含量下制备的催化剂颗粒更小且分布更均匀,颗粒的比表面积从1.78 m~2/g增加到11.82 m~2/g,并且在超声振动15 min后,催化剂负载量仅降低了13%。在重整温度为290℃时,其对甲醇的产氢转化率达到100%,反应32 h后,转化率仍保持在94%左右,表现出较高的催化活性。
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