Cu/CeO_2水煤氣變換催化劑的研究

【摘要】：本論文的研究目的是獲得一種具有高活性的催化材料，為一氧化碳變換構(gòu)件型納米催化劑的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。 采用共沉淀法制備Cu/CeO2催化劑，重點(diǎn)考察預(yù)處理?xiàng)l件、銅含量、焙燒溫度對(duì)其高溫水煤氣變換性能的影響，利用XRD、BET、TPR、TPD、XPS、EPR等技術(shù)對(duì)催化劑進(jìn)行表征，并探討Cu/CeO2催化劑的水煤氣變換反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明： (1)還原預(yù)處理溫度對(duì)Cu/CeO2催化劑的低溫活性有顯著影響。不經(jīng)預(yù)還原和經(jīng)200℃預(yù)還原的樣品的低溫活性最高。隨著預(yù)還原溫度升高，催化活性降低。因此，Cu/CeO2催化劑不需還原活化處理過程。 (2)銅含量顯著影響Cu/CeO2催化劑低溫活性，但對(duì)高溫活性幾乎無影響。銅含量低于50at%，催化劑低溫活性與銅含量呈線性關(guān)系，銅含量為50at%時(shí)，低溫活性最高，繼續(xù)增加銅含量，低溫活性下降。無定形CuO、納米顆粒CuO為催化反應(yīng)的活性物種，大顆粒CuO對(duì)催化活性貢獻(xiàn)不大。 (3)Cu/CeO2催化劑的低溫活性與催化劑結(jié)晶度有關(guān)。焙燒溫度為400℃時(shí)，催化劑內(nèi)CeO2、CuO的晶粒尺寸和結(jié)晶度最適宜，低溫活性最好；焙燒溫度過低, CeO2載體結(jié)晶度差，焙燒溫度過高，CuO晶粒聚集長(zhǎng)大，均導(dǎo)致催化活性下降。 (4)Cu/CeO2催化劑的還原研究表明：以CuO形式負(fù)載在CeO2上的銅，經(jīng)200℃原位還原后可被還原成金屬Cu。還原態(tài)Cu對(duì)CO具有很強(qiáng)的吸附能力，形成Cu－CO。另外，在WGS反應(yīng)條件下，載體CeO2部分被還原成Ce3＋, 形成氧缺位，表明CeO2在催化反應(yīng)過程起傳遞氧的作用。 (5)提出Cu/CeO2水煤氣變換催化劑的氧化還原機(jī)理是：首先，CO吸附在Cu表面，與來自CeO2的氧反應(yīng)生成CO2從表面脫除，此時(shí)，CeO2表面產(chǎn)生氧缺位，然后這些氧缺位奪取H2O中的氧釋放出H2，CeO2表面復(fù)原，如此循環(huán)進(jìn)行，完成WGS反應(yīng)過程。 本文制備的Cu/CeO2催化劑，具有良好的WGS反應(yīng)活性，與FBD型鐵基高溫變換催化劑相比，具有低溫活性好、活性溫區(qū)寬的優(yōu)點(diǎn)，有望成為構(gòu)件型催化劑的活性組分。 【關(guān)鍵詞】：WGS Cu/CeO2 催化劑
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：O643.3
【目錄】：

• 第一章 前 言7-22
• 1.1 整體式變換催化劑的研究背景7-8
• 1.2 國(guó)內(nèi)外新型水煤氣變換催化劑的研究動(dòng)態(tài)8-20
• 1.2.1 負(fù)載型金WGS催化劑9-11
• 1.2.2 CeO2基水煤氣變換催化劑11-20
• 1.2.2.1 CeO2載體的制備12-13
• 1.2.2.2 金屬的負(fù)載13-16
• 1.2.2.3 CeO2負(fù)載金屬的WGS反應(yīng)機(jī)理16-20
• 1.3 本論文的課題來源、立題依據(jù)及主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分22-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)流程圖22-23
• 2.2 主要試劑和鋼瓶氣體23
• 2.3 實(shí)驗(yàn)儀器和裝置23-24
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)儀器23-24
• 2.3.2 活性評(píng)介裝置24
• 2.4 催化劑制備24-25
• 2.5 活性評(píng)價(jià)25
• 2.6 催化劑表征25-28
• 2.6.1 X射線粉末衍射(XRD)25-26
• 2.6.2 比表面積(BET)26
• 2.6.3 H2程序升溫還原(H2-TPR)26
• 2.6.4 CO程序升溫脫附(CO-TPD)26-27
• 2.6.5 電子順磁共振(EPR)27
• 2.6.6 X射線光電子能譜(XPS)27-28
• 第三章 還原預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)Cu/CeO2催化劑結(jié)構(gòu)、性能的影響28-33
• 3.1 還原預(yù)處理溫度對(duì)Cu/CeO2催化劑WGS活性的影響28-29
• 3.2 H2-TPR29-30
• 3.3 CO-TPD30-31
• 3.4 小 結(jié)31-33
• 第四章 銅含量對(duì)Cu/CeO2水煤氣變換催化劑結(jié)構(gòu)、性能的影響33-41
• 4.1 銅含量對(duì)Cu/CeO2水煤氣變換催化劑活性的影響33-35
• 4.2 XRD35-36
• 4.3 比表面積和孔結(jié)構(gòu)36
• 4.4 H2-TPR36-38
• 4.5 CO-TPD38-39
• 4.6 小結(jié)39-41
• 第五章 焙燒溫度對(duì)Cu/CeO2催化劑結(jié)構(gòu)、性能的影響41-49
• 5.1 焙燒溫度對(duì)Cu/CeO2催化劑WGS活性的影響41-42
• 5.2 XRD42-44
• 5.3 EPR44-45
• 5.4 H2-TPR45-46
• 5.5 CO-TPD46-47
• 5.6 小 結(jié)47-49
• 第六章 還原態(tài)Cu/CeO2水煤氣變換催化劑的研究以及反應(yīng)機(jī)理探討49-58
• 6.1 XRD49-50
• 6.2 XPS50-54
• 6.3 CO-TPD54-56
• 6.4 Cu/CeO2催化劑WGS反應(yīng)機(jī)理探討56-58
• 結(jié) 論58-60
• 參 考 文 獻(xiàn)60-64
• 致 謝64-65

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