乙醇水蒸气重整制氢催化剂的研究进展

从反应机理出发,介绍了活性金属和载体对催化剂活性、选择性、稳定性的影响,综述了乙醇水蒸气重整催化剂的研究进展。常用的活性金属中,Ni、Co对C—C键和C—H键的断裂具有较好的催化活性,而Cu主要利于乙醇催化脱氢。为了兼顾H2产率和抗积碳能力,往往通过合理设计合金,综合利用不同金属的活性特征。具有较大比表面积和较强碱性的载体也有利于抑制乙醇脱氢反应,减少积碳的产生。未来的研究工作中,仍需对反应原理进行更为深入的探究,阐明活性金属及载体在积碳产生过程中的作用机制,为高H2产率、高稳定性的新型乙醇水蒸气重整催化剂的设计提供指导。

催化剂Ni/Y_2O_3上低温乙醇水蒸气重整制氢研究——氢气预还原对催化剂性能的影响

用浸渍-热分解-氢还原法(IHDHR)和浸渍-热分解法(IHD)分别制备了两种纳米尺寸的Ni Y2O3催化剂,并应用X 光电子能谱、X 射线衍射、BET比表面测试等分析技术对两种催化剂的结构进行了表征和比较。采用固定床反应器对两种催化剂的催化性能进行实验测试。结果表明,氢气预还原与否对该纳米Ni Y2O3催化剂的催化性能有一定的影响,经过氢气预还原的催化剂对低温乙醇水蒸气重整反应表现出较高的活性和稳定性,250℃时,乙醇的转化率达到81.9%;320℃时,乙醇的转化率达到95.3%,对氢气的选择性为53.6%。对经过氢预还原的Ni Y2O3催化剂进行了60h的稳定性测试。

乙醇水蒸气重整制氢的镍基催化剂性能

燃料电池直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转变成电能。高纯、无毒的氢是燃料电池的理想燃料。目前,液体燃料重整是一种较好的制氢方式,乙醇作为重整制氢的液体燃料有可再生,无毒,不含易使燃料电池铂电极中毒的硫等优点,是非常适合的环保型重整制氢燃料。采用浸渍法制备了添加助剂的镍基乙醇水蒸气重整制氢催化剂,考察稀土金属氧化物助剂CeO2和Y2O3对Ni/g-Al2O3上乙醇水蒸气重整制氢反应活性的影响。结果表明:助剂有利于改善催化剂的物相组成,使其在较低的温度下具有较高的氢气产率和较低的甲烷选择性。其中,CeO2的助剂作用较优,催化剂16%Ni/CeO2/g-Al2O3在600℃的氢气产率可达4.7,生成CO2、CO和CH4的选择性分别为63.5%、23.4%和12.4%。

Ni/ZrO_2催化乙醇水蒸气重整制氢

采用化学沉淀法制备了平均粒径分别为58.6nm和11.7nm的ZrO2载体,并采用湿法浸渍负载Ni,制备了负载量(质量分数)为15%的Ni/ZrO2催化剂,分别记为NZ-1和NZ-2催化剂。透射电子显微镜及X射线衍射表征结果显示,NZ-1催化剂的载体与活性组分颗粒间存在一定的团聚现象;而NZ-2催化剂的载体与活性组分颗粒间相互分散情况很好,且颗粒粒径处于同一水平,呈现出新型纳米构筑多功能催化剂的形态。程序升温还原及X射线衍射表征结果显示,两种催化剂的活性组分与载体间都存在一定的相互作用,且这种相互作用随载体粒径的减小而显著增强。在液态空速45h-1、常压、923K的条件下,两种催化剂都可高效催化乙醇水蒸气重整制氢,乙醇转化率为100%。NZ-2催化剂具有更好的催化稳定性,表明这种纳米构筑催化剂在乙醇水蒸气重整制氢中具有良好的应用开发前景。

花状微球NiO/CeO_2催化剂上乙醇水蒸气重整制氢研究

用水热法制备微米尺寸CeO2花状微球粉体,并通过浸渍/热分解法在该粉体上担载纳米尺寸的NiO颗粒,制得催化剂NiO/CeO2。对催化剂进行了XRD、SEM、XES和BET物性表征。经固定床反应器对催化剂的催化性能进行测试。装载1.0 g催化剂,液体处理量0.05 mL/min。结果表明,该方法合成的催化剂NiO/CeO2对低温乙醇水蒸气重整反应表现出较高的活性和稳定性。同时通过微量Cr、Zn、Cu的加入在低温区抑制了CO、CH4的生成,提高了H2的产率和催化剂的抗积炭能力。该催化剂连续稳定性测试达到2 000 h;进行反复起动稳定性测试12次后,未表现出失活特征。

乙醇水蒸气重整制氢双金属催化剂Ni-Co/La_2O_2CO_3的研究

以La2O2CO3作为载体,采用浸渍法制备了负载型Ni-Co/La2O2CO3双金属催化剂,通过XRD检测金属及载体的晶相,采用自制的升温系统研究催化剂的综合性能。结果表明,催化乙醇水蒸气重整制氢反应中,Ni比Co断裂C—C键的能力强,而Co能提高H2的选择性,Ni-Co质量比为3∶1的双金属催化剂,在400℃时,乙醇转化率可达100%,在500℃时,CO的选择性低至0.28%,而H2的选择性则达到94.11%。与单一金属负载的催化剂相比,Ni-Co双金属催化剂的综合催化性能得到了较好的改善。

乙醇水蒸气重整制氢催化材料的制备及其性能研究

用浸渍法制备了以 CeO2 为助剂的镍基乙醇水蒸气重整制氢催化剂(Ni/CeO2/γ Al2O3)。该种催化剂在较低的温度下具有较高的氢气产率和较高的CO2 选择性,并使副产物 CH4 和 CO的选择性限制在较低水平。在 600℃,催化剂 16% Ni/CeO2/γ Al2O3的氢气产率可达4.8,生成 CO2、CO和 CH4 的选择性分别为70.7%、21%和7%。

Ni/MgO-CeO_2催化低温乙醇水蒸气重整制氢

采用固相燃烧法制备了MgO,CeO2载体和不同摩尔比的MgO-CeO2复合载体,采用浸渍法制备了Ni/MgO,Ni/CeO2,Ni/MgO-CeO2系列催化剂,考察了各催化剂催化乙醇水蒸气重整反应的性能。用BET技术测定了载体的比表面,并用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)和热重(TG)技术对催化剂进行表征。结果表明,在Ni/CeO2和Ni/MgO-CeO2上,Ni以高分散的NiO、体相NiO和与载体发生相互作用的NiO的形式存在,显示了良好的低温乙醇水蒸气重整性能;其中Mg,Ce摩尔比为1∶1时,Ni/MgO-CeO2催化剂显示了良好的活性和选择性,并且具有很好的稳定性和抗积炭能力。

LaXCoO_3(X=Mg,Ca,Sr,Ce)催化剂的制备及其催化乙醇水蒸气重整制氢

以PEG 400为分散剂,采用一步柠檬酸络合法制备了LaXCoO3(X=Mg,Ca,Sr,Ce;La:X=3:2)复合催化剂.采用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜、X射线光电子能谱、N2吸附-脱附和H2程序升温还原等技术对复合催化剂进行了表征,考察了不同元素A位取代对LaCoO3钙钛矿结构的影响,进而研究了其对乙醇水蒸气重整制氢的催化性能和稳定性.结果表明,在高含量取代时,只有Ce取代的样品能够保持单一的钙钛矿晶型;Ca或Sr取代的样品产生的Co3O4分离相有利于复合催化剂活性中心钴的还原;Sr或Ce取代的样品在反应中表现出较好的活性和稳定性,Sr取代的样品活性更高.

Mo对Ni/ZnO催化乙醇水蒸气重整制氢性能的影响

考察了Mo及温度对Ni/ZnO催化乙醇水蒸气重整制氢的活性、选择性和抗积炭性能的影响。结果表明,773K适量添加Mo能提高Ni/ZnO催化剂的活性和氢气选择性;Ni/ZnO及Ni-Mo/ZnO催化剂的活性随着温度的升高而提高,823K乙醇完全转化;873K时,Mo质量分数为0.83%的Ni-Mo/ZnO催化剂对氢气的选择性最高;添加Mo可以提高Ni/ZnO催化剂的抗积炭能力,从而提高该催化剂的稳定性。程序升温还原(TPR)和X射线衍射(XRD)结果表明,添加Mo有利于Ni氧化物在载体上的分散;减弱氧化态镍物种与载体之间的作用,从而提高了催化剂的活性、选择性和稳定性。

以稀土氧化物为助剂的乙醇水蒸气重整制氢催化剂研究

采用浸渍法,以γ-Al2O3为载体,稀土(Ce,Nd)氧化物为助剂,金属Ni为活性物,制备了用于乙醇水蒸气重整制氢的复合催化剂.该类催化剂在400～550 ℃的较低温度范围内具有较高的氢气产率.不管助剂为何种稀土(Ce,Nd)氧化物,当其含量一定时,活性组分Ni的含量为15%的催化剂均具有最佳活性;当活性组分Ni一定,助剂的含量为10%时,催化剂的产氢率最大.采用10%CeO2/15%Ni/γ-Al2O3催化剂时,乙醇重整制氢的产氢率可达5.2以上.

镍负载量对乙醇水蒸气重整制氢催化性能和催化剂的影响

采用稳态实验对镍负载量对N i/MgO催化剂在乙醇水蒸气重整反应的影响进行了研究。结果表明,在101.3 kPa下,镍负载量越高,催化剂的活性越高。对于催化剂的选择性,存在一个最佳镍负载量为10%N i/MgO。按选择性从大到小排序,不同镍负载量的催化剂为:10 N i/MgO>15 N i/MgO>12.5 N i/MgO>7.5 N i/MgO≈5 N i/MgO。热分析表明,焙烧过程中不同镍负载量的催化剂镍前体与载体前体之间发生的相互作用不同。XRD和TPR表征结果显示,催化剂的晶体结构和还原特性也与催化剂上镍的负载量有关。焙烧过程中样品10N i/MgO上镍前体与载体前体发生了两种相互作用,并且其氧化态与其他催化剂相比具有特殊的结构和还原性。说明催化剂的选择性不仅受活性相N i的影响而且受N i活性相周围环境的影响。

Cu/Ni负载型Beta分子筛催化剂的乙醇水蒸气重整制氢催化性能研究

采用等体积浸渍的方式,在全硅Beta分子筛载体上担载Cu、Ni活性组分,制备出一系列xCuyNi-ABZ多功能乙醇水蒸气重整制氢催化剂。通过XRD、TEM、SEM-EDX以及XPS等多种表征手段,研究催化剂的结构特性、活性组分含量等因素对催化性能的影响,依据反应产物分布,揭示其作用机理。结果表明,以Beta分子筛为载体可促使活性组分以纳米颗粒的形式高度分散于载体表面,并且存在较强的载体-金属作用力。与传统SiO_2为载体催化剂相比,2.5Cu2.5Ni-ABZ催化剂具备良好的乙醇水蒸气重整催化性能,当反应温度为450℃,实现100%的乙醇转化率和67.23%的H_2选择性,且副产物CO(4.14%)、CH_4(5.65%)含量相对较低。这可归因于Cu和Ni活性组分间的高效协同作用,Cu具有良好的乙醇脱氢性能,生成反应中间体乙醛;在反应过程中,乙醛的重整和分解是两个受温度影响的竞争反应,Ni组分利用其较强的C-C键断裂能力,随温度的升高,乙醛重整反应占主导作用,生成目标产物H_2。通过对反应后样品分析表明,2.5Cu2.5Ni-ABZ催化剂具备良好的抗烧结和抗积炭催化性能。

花状微球NiO/La_2O_3催化剂上乙醇水蒸气重整制氢测试

用水热法制备微米尺寸La2O3花状微球粉体,并通过浸渍/热分解法在该粉体上载入纳米尺寸的NiO,制得催化剂NiO/La2O3。利用XRD、SEM、BET对催化剂的结构进行了表征。采用石英砂混和催化剂,组装固定床反应器对催化剂的性能进行测试。装载0.7～1.0 g催化剂,液体处理量0.05 mL/min。结果表明,该方法合成的NiO/La2O3催化剂对低温乙醇水蒸气重整反应表现出较高的活性和高的H2产率,同时该催化剂使用寿命达到1 000 h,反复起动重复测试13次后,表现出了高稳定性和循环启动性。

Ni-Cu/Al_2O_3·SiO_2催化剂上乙醇水蒸气重整制氢———燃料电池氢源技术

本文研究了Cu的含量对Ni-Cu/Al2O3.SiO2催化剂上乙醇水蒸气重整制氢性能的影响。活性测试表明:Cu含量为5%时,催化剂的性能最好,400℃时的氢气选择性为61.2%,600℃时的氢气选择性达到92.0%。TPR显示:随着Cu含量的增加,载体与NiO之间的相互作用变弱。XRD得出:含5%Cu的催化剂中Cu组分的分散度好,有助于提高催化剂的性能。

Ni/CeO_2复合催化剂的乙醇水蒸气重整制氢研究

分别采用共沉淀法、浸渍法和水热法合成了Ni/CeO_2复合催化剂,对这三种催化剂进行乙醇水蒸气重整制氢性能测试。采用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H_2-TPR)、热稳定性等表征技术对催化剂的结构和催化性能之间的关系进行了关联。结果表明,制备方法对催化活性有着重要的影响,水热法合成的Ni/CeO_2复合催化剂在反应温度为325℃时可将乙醇完全转化,在热稳定性能测试过程中表现出良好的活性、选择性和热稳定性。

柠檬酸络合法制备的Co/CeO_2催化剂上中温乙醇水蒸气重整性能(英文)

采用柠檬酸络合法制备了Co/CeO2及其钙掺杂系列催化剂,并对催化剂进行了低温N2物理吸附、X射线衍射、H2程序升温还原、傅里叶变换红外光谱、高分辨透射电镜表征以及乙醇水蒸气重整催化性能测试.结果表明,所制Co/CeO2催化剂具有良好的乙醇水蒸气重整催化性能,500oC时乙醇能全部转化为C1,氢气产率高达85%以上.Ca掺杂减小了载体CeO2纳米颗粒尺寸,但对还原后Co0尺寸的影响较小.当Ca掺杂量大于5.0%时,催化剂氧化还原性能和乙醇水蒸气重整催化性能下降.较高的还原温度有利于体相Ce4+还原为Ce3+,并且提高了催化活性,认为金属-氧化物边界的增加提高了催化活性.初步稳定性考察结果表明,5%钙掺杂后的催化剂具有更好的抗积炭性能.

纳米Ce_xFe_(1-x)O_2固溶体的模板法制备及其乙醇水蒸气重整催化性能

以超高比表面炭材料为模板,硝酸盐为氧化物前体,通过改进的模板路线制备了具有较高比表面积的纳米CexFe1-xO2固溶体.采用X射线衍射、拉曼光谱、物理吸附和透射电镜对制备的样品进行了表征.结果表明,α-Fe2O3,CexFe1-xO2固溶体和CeO2的粒子尺寸为5～15nm,CeO2中部分Ce^4＋离子被Fe^3＋离子取代,从而形成了CexFe1-xO2固溶体.乙醇水蒸气重整反应结果显示,CexFe1-xO2固溶体比相应的α-Fe2O3和CeO2具有更高的催化活性和对氢气的选择性.

类水滑石基NiCuFe催化剂的制备及其在乙醇水蒸气重整制氢的应用

采用尿素水热分解法,并添加柠檬酸三钠为络合剂制备了不同Cu含量CO_3^(2-)插层的NiCuFe水滑石(LDH),并评价了其在乙醇水蒸气重整制氢中的催化活性。通过XRD、FT-IR、BET、H_2-TPR、SEM-EDX等方法进行表征,表明已成功制得结构完整、结晶度良好的水滑石。在温度为500℃,n(Cu)∶n(Fe)=1.2∶1的催化剂Cat-3在乙醇水蒸气重整制氢反应中表现出优异的乙醇转化率和H_2选择性,分别为100%和73.27%,而且反应副产物CO和CH_4含量相对较低,表明其具有优异的抗积炭和抗烧结能力。

掺钾硅酸锂吸附强化乙醇水蒸气重整制氢

针对吸附强化乙醇水蒸气重整(SE-SRE)制氢技术,通过热力学分析和制氢实验,研究了硅酸锂加入乙醇重整的效果,并结合多种表征手段分析了掺杂K对硅酸锂的影响,进一步用实验方法探究了多种工艺条件对以掺钾硅酸锂为吸附剂的SE-SRE系统的影响及该系统的循环稳定性.结果表明,硅酸锂加入乙醇重整提高了氢气产率,适量掺钾能改善硅酸锂的结晶度和孔隙特性,提升其吸附性能.SE-SRE系统的最佳工艺条件是:温度为525℃,空速为0.9 m L/(g·h),水醇体积比为8∶1,催化剂与吸附剂配比为1∶3,经过10次循环后SE-SRE系统仍能保持较高的二氧化碳吸附活性和氢气产率.