過渡金屬納米催化劑制備及其催化甲烷裂解積碳活性的研究

【摘要】： 由于過渡金屬催化劑(Transition-metal Catalyst―TMC)是催化裂解烴類化合物制備碳納米管等新型納米碳材料的高效催化劑,所以近年來對具有高積碳活性的TMC的研制與開發(fā)備受關(guān)注。但以往的TMC的制備方法大多采用較傳統(tǒng)的單一合成技術(shù),對于開發(fā)積碳活性較高的新型TMC有著很大的局限性。 本文采用相轉(zhuǎn)移法和沉淀法耦合技術(shù)制備TMC;考察了有機相添加量以及添加載體對其收率的影響;利用催化甲烷裂解積碳反應(yīng),考察了自制TMC的積碳活性;借助XRD、TEM和HRTEM表征技術(shù),考察了有機相添加量、催化劑焙燒溫度以及添加載體對催化劑形貌以及催化甲烷裂解積碳產(chǎn)物形貌的影響。 實驗結(jié)果表明,添加適量的有機相或加入載體都有利于提高TMC的收率,但添加有機相或載體都沒有影響到催化劑失重百分比隨焙燒溫度變化的趨勢,催化劑失重百分比總體上都是隨焙燒溫度的升高而增加(有機相添加量為50ml時例外);添加有機相的TMC母體經(jīng)過300℃焙燒后即出現(xiàn)氧化物物相,而添加載體后,則經(jīng)過400℃焙燒才出現(xiàn)氧化物物相;TEM表征結(jié)果表明,有機相添加量對未經(jīng)焙燒的TMC母體的形貌影響顯著,而對經(jīng)不同溫度焙燒后的TMC母體的形貌影響不大。TMC母體的結(jié)晶度和顆粒尺寸均隨著焙燒溫度的升高而增加。在添加適量載體的條件下,首次制備了納米針狀TMC母體(直徑約8-34nm,長度約70-286nm);隨焙燒溫度的升高,其長度變短、直徑變粗。 在不同的有機相添加量條件下,TMC催化甲烷裂解反應(yīng)的積碳增重百分比隨焙燒溫度的升高呈上升趨勢;添加載體后,TMC催化甲烷裂解反應(yīng)的積碳增重百分比卻隨焙燒溫度的升高而降低,但總體還是提高了。添加有機相雖然有利于生成分散性較好的納米催化劑顆粒,但卻不利于提高TMC的積碳活性。在未添加有機相條件下,制備的TMC催化甲烷裂解積碳反應(yīng)的產(chǎn)物中所含的片狀物為石墨碳物種。在添加載體條件下,通過自制的負(fù)載型TMC催化甲烷裂解積碳反應(yīng),首次制得了針狀的、且為理論預(yù)期存在的碳產(chǎn)物,測量其層間距約為0.21nm。 【關(guān)鍵詞】：納米催化劑 制備 有機相 載體 催化甲烷裂解 積碳 表征
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：O643.3
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第一章 文獻綜述10-30
• 1.1 納米催化劑性質(zhì)10-11
• 1.1.1 表面效應(yīng)10
• 1.1.2 體積效應(yīng)10-11
• 1.1.3 量子尺寸效應(yīng)11
• 1.2 納米催化劑催化機理簡述11
• 1.3 常見納米催化劑11-14
• 1.3.1 貴金屬納米催化劑11-12
• 1.3.2 過渡金屬納米催化劑12
• 1.3.3 多組分合金型納米催化劑12
• 1.3.4 金屬簇納米催化劑12-13
• 1.3.5 過渡金屬氧化物納米催化劑13
• 1.3.6 納米分子篩催化劑13
• 1.3.7 生物納米催化劑13-14
• 1.4 納米催化劑合成方法14-19
• 1.4.1 溶膠-凝膠法14-15
• 1.4.2 浸漬法15
• 1.4.3 沉淀法15
• 1.4.4 微乳液法15-16
• 1.4.5 離子交換法16
• 1.4.6 水解法16
• 1.4.7 還原法16-17
• 1.4.8 等離子體法17
• 1.4.9 微波合成法17-18
• 1.4.10 相轉(zhuǎn)移法18
• 1.4.11 納米材料制備耦合技術(shù)18
• 1.4.12 Monte Carlo 方法18-19
• 1.4.13 其它制備方法19
• 1.5 納米催化劑表征技術(shù)19-24
• 1.5.1 催化劑形態(tài)表征20-21
• 1.5.2 催化劑表面結(jié)構(gòu)表征21-22
• 1.5.3 催化劑內(nèi)部結(jié)構(gòu)表征22-23
• 1.5.4 催化劑性能測試23-24
• 1.6 納米催化劑的應(yīng)用24-26
• 1.6.1 在催化氧化還原反應(yīng)中的應(yīng)用24-25
• 1.6.2 在環(huán)境保護領(lǐng)域的應(yīng)用25
• 1.6.3 在電池工業(yè)中的應(yīng)用25-26
• 1.7 催化裂解反應(yīng)簡介26-28
• 1.7.1 催化裂解法26
• 1.7.2 催化裂解反應(yīng)的主要產(chǎn)物26-27
• 1.7.3 催化裂解反應(yīng)機理27
• 1.7.4 最新國內(nèi)外研究動態(tài)27-28
• 1.7.5 催化甲烷裂解反應(yīng)28
• 1.8 本課題主要研究內(nèi)容及意義28-30
• 第二章 實驗30-35
• 2.1 實驗試劑30
• 2.2 實驗儀器30-31
• 2.3 實驗方法31-32
• 2.3.1 過渡金屬納米催化劑 A 的制備31
• 2.3.2 負(fù)載型過渡金屬納米催化劑 B 的制備31-32
• 2.3.3 過渡金屬納米催化劑催化甲烷裂解積碳反應(yīng)32
• 2.4 反應(yīng)產(chǎn)物表征32-35
• 2.4.1 X-射線粉末衍射(XRD)32-33
• 2.4.2 透射電子顯微鏡(TEM)33
• 2.4.3 場發(fā)射透射電子顯微鏡33
• 2.4.4 X 射線能譜(EDX)33-34
• 2.4.5 熱分析技術(shù)34-35
• 第三章 非負(fù)載型納米催化劑的制備實驗結(jié)果與討論35-49
• 3.1 有機相添加量的影響35
• 3.2 焙燒溫度的影響35-36
• 3.3 XRD 表征結(jié)果與討論36-39
• 3.4 TEM 表征結(jié)果與討論39-46
• 3.5 非負(fù)載型納米催化劑制備的重復(fù)實驗結(jié)果與討論46-47
• 3.5.1 焙燒溫度的影響46
• 3.5.2 TEM 表征結(jié)果46-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 第四章 負(fù)載型納米催化劑的制備實驗結(jié)果與討論49-56
• 4.1 載體的影響49
• 4.2 焙燒溫度的影響49
• 4.3 XRD 表征結(jié)果與討論49-51
• 4.4 TEM 表征結(jié)果與討論51
• 4.5 HRTEM 表征結(jié)果與討論51
• 4.6 負(fù)載型納米催化劑制備的重復(fù)實驗結(jié)果與討論51-55
• 4.6.1 焙燒溫度的影響53-54
• 4.6.2 TEM 表征結(jié)果54-55
• 4.7 本章小結(jié)55-56
• 第五章 催化甲烷裂解積碳反應(yīng)結(jié)果與討論56-84
• 5.1 非負(fù)載型納米催化劑催化甲烷裂解積碳反應(yīng)結(jié)果與討論56-67
• 5.1.1 有機相添加量的影響56-57
• 5.1.2 催化劑焙燒溫度的影響57-58
• 5.1.3 TEM 表征結(jié)果與討論58-64
• 5.1.4 HRTEM 表征結(jié)果與討論64-65
• 5.1.5 EDX 表征結(jié)果與討論65-66
• 5.1.6 XRD 表征結(jié)果與討論66
• 5.1.7 熱分析結(jié)果與討論66-67
• 5.2 負(fù)載型納米催化劑催化甲烷裂解反應(yīng)結(jié)果與討論67-72
• 5.2.1 載體的影響67-68
• 5.2.2 TEM 表征結(jié)果與討論68
• 5.2.3 HRTEM 表征結(jié)果與討論68-70
• 5.2.4 XRD 表征結(jié)果與討論70-71
• 5.2.5 熱分析結(jié)果與討論71-72
• 5.3 H_2還原過渡金屬催化劑實驗的結(jié)果與討論72-79
• 5.3.1 H_2還原非負(fù)載型過渡金屬催化劑實驗的結(jié)果與討論72-76
• 5.3.2 H_2還原負(fù)載型過渡金屬催化劑實驗的結(jié)果與討論76-79
• 5.4 催化劑催化甲烷裂解積碳反應(yīng)的重復(fù)實驗結(jié)果與討論79-82
• 5.4.1 非負(fù)載型催化劑催化甲烷裂解積碳反應(yīng)的重復(fù)實驗結(jié)果討論79-80
• 5.4.2 負(fù)載型催化劑催化甲烷裂解積碳反應(yīng)的重復(fù)實驗結(jié)果與討論80-82
• 5.5 本章小結(jié)82-84
• 第六章 結(jié)論84-86
• 參考文獻86-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文94-95
• 附錄95-97
• 致謝97

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