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《天津大学》 2009年
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大孔结构催化剂的制备及其用于H_2中CO优先氧化的研究

张媛  
【摘要】: CO优先氧化(CO-PROX)是将用于燃料电池的富氢气体中少量CO脱除至规定要求范围内的重要手段,CO扩散限制是影响CO不能被降至规定ppm级的关键原因。同时作为燃料电池氢源系统的重要组成部分,小型化反应器的开发是核心技术。针对这两个问题,采用有机模板法制备三维有序大孔(3DOM)催化剂和大孔整体式催化剂,通过适当调节催化剂的孔道结构使CO易于扩散和传递,同时采用有机泡沫模板法制备的大孔整体式催化剂具有整体式结构和更高的比表面积/体积比,缩小反应器体积,实现小型化。主要结果如下: 以聚苯乙烯(PS)胶晶为模板,采用柠檬酸法制得3DOM CuO-CeO_2催化剂,并将其与破碎大孔结构的催化剂及常规颗粒催化剂在不同空速下进行CO-PROX反应性能测试,发现3DOM CuO-CeO_2催化剂在160,000 mL.gcat~(-1).h~(-1)的高空速下仍能在150~175℃范围内完全转化CO,而破碎大孔结构的催化剂和常规颗粒催化剂在80,000 mL.gcat~(-1).h~(-1)的空速下已不能完全转化CO。这是由于规整排列的连通大孔有利于消除CO扩散限制,提高CO转化率。 首次采用向大孔整体式PS泡沫模板中填充水溶胶的方法制备大孔整体式SiO_2和Al_2O_3,该方法制得的大孔整体式除具有有机模板法形状大小和孔道尺寸可调的优点外,还具有溶胶廉价易得、孔隙率高、体积收缩小、孔道相互连通等优点,适用于催化剂载体。前驱物种类、水溶胶浓度、填充次数、添加介孔模板剂、焙烧温度等制备条件均对大孔整体式氧化物的结构有影响,其中以焙烧温度对大孔整体式Al_2O_3的孔结构、晶体结构和机械强度的影响最为显著。 在上述大孔整体式Al_2O_3上分别负载CuO-CeO_2和Pt催化剂,考察负载方法和载体制备条件对大孔整体式催化剂结构和性能的影响。在CuO-CeO_2/ -Al_2O_3催化剂上,活性组分CuO-CeO_2的负载量对其催化活性有较大影响,负载量较高的催化剂对应的催化活性也较高。在Pt-Ni/ -Al_2O_3催化剂上,以Pt(NH3)2(NO_2)2和Ni(NO_3)2.6H_2O为原料,在pH = 7时共同浸渍制得的催化剂具有最佳CO-PROX反应活性。在1vol.% CO、1vol.% O_2、50vol.% H_2、12.5vol.% CO_2、15vol.% H_2O,N_2平衡的反应气氛中,体积空速为20,000 h-1时,能够在160℃将CO含量降低至40 ppm,具有实际应用前景。相比蜂窝整体式催化剂和微反应器,缩小了催化剂的体积,可实现小型化。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O643.32

【参考文献】
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