富氢气体中金属整体式催化剂制备及CO选择性氧化性能研究

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甲醇重整制氢是解决质子交换膜燃料电池(PEMFC)移动氢源最可行的办法之一。但重整气中少量的CO(1%左右)会使电池的Pt电极中毒,导致电池的性能严重下降。CO选择性氧化被认为是最简单有效的去除富氢气中少量CO的方法之一。贵金属催化剂在CO选择性氧化反应中表现出了大的潜力,但储量有限、成本较高,因而需要降低其用量。另外,微通道的金属整体式载体不仅可以提高催化剂载体的机械强度,还可以实现反应器的小型化,但其核心问题是载体与催化剂的粘附强度问题。基于此,本论文考察了将低含量的贵金属Pt催化剂负载于金属蜂窝载体之上用于CO优先氧化(CO-PROX)反应。本论文的主要工作包括以下几个方面:首先,本文考察了在金属载体上负载Al2O3涂层的粘附强度问题。实验中发现添加粘结剂拟薄水铝石制备得到的涂层粘附强度了有了很大的提高,同时还对众多影响涂层负载量和粘附强度的因素做了综合考察,发现泥浆固体含量为30%、泥浆的pH值为4以及添加CeZr固溶体等条件下,可以制备得到负载量合适且粘附强度好的载体涂层。其次,本文研究了催化剂活性组分负载方法对制备得到的整体式催化剂性能的影响,包括浸渍法、粉末涂覆法、燃烧法和微乳液法。研究发现通过浸渍法和粉末涂覆法负载的整体式催化剂性能较好,尤其是浸渍法负载的添加Ni助剂的1%Pt-Ni/Al2O3整体式催化剂,在1%CO, 1%O2, 50%H2, N2为平衡气的反应气氛中,体积空速为2100 h-1条件下,低温40℃时CO的转化率能达到97.5%,大大地提高了CO的低温氧化性能,同时还探索了采用微乳液方法负载催化剂于活性组分于整体式催化剂。最后,鉴于浸渍法和粉末涂覆法负载的整体式催化剂的优良性能,分别对两种负载方法制备的整体式催化剂进行了添加CO2和H2O的实验,研究发现添加CO2和H2O之后催化剂的性能有一定程度的降低。同时,对1%Pt-Ni/Al2O3催化剂条件优化实验中发现,500℃焙烧和300℃还原的1%Pt-Ni/Al2O3颗粒催化剂在75℃时CO便能完全转化,完全转化温度窗口约为100℃。
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