用于乙醇水蒸气重整的Co3O4-CeO2催化剂研究

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燃料电池技术是未来首选的洁净,高效能源技术,其中燃料电池制氢技术是其技术核心。乙醇水蒸气重整反应展现了在制氢上的优越性,是将来主要的制氢技术之一。钴系催化剂具有活性高成本低等特点,但其副产物较多,且易烧结积碳稳定性不佳。本论文研究了钴,铈复合氧化物催化剂,探索开发高活性高稳定性钴基乙醇水蒸气重整催化剂的新途径并进行相关的基础研究。本工作以硝酸钴和硝酸铈为原料分别采用共沉淀法和浸渍法制备了钴铈氧化物催化剂。考察了老化时间、活性组分含量、催化剂焙烧温度、载体中铈钛比例等制备条件,预处理方法、反应空速等反应条件对钴铈氧化物催化剂的结构和乙醇水蒸气重整反应性能的影响。对两种方法制备的催化剂进行了稳定性测试。采用X射线衍射测定了样品的结构、程序升温还原测定了样品的还原性。本工作得到以下主要实验结果:(1)以共沉淀方法制备Co/CeO2催化剂的最佳条件为老化24h、Co3O4含量10wt%,焙烧温度650℃;以浸渍法制备Co/CeO2催化剂的最佳条件为浸渍Co3O4含量20wt%,焙烧温度650℃。(2)在还原预处理和40,000ml/h.g.cat空速条件下催化剂表现出良好的活性和选择性。(3)载体中Ti的加入并不能改善浸渍法制备的Co/CeO2催化剂的性能。(4)对共沉淀法和浸渍法制备的Co/CeO2催化剂分别进行了40h稳定性测试,测试结果表明CeO2载体有效的改善了钴催化剂的稳定性。(5) XRD实验结果表明,催化剂的主要物相组成为Co3O4和CeO2,钴铈氧化物催化剂组分的分散程度和相互作用对催化剂的性能有很大影响。(6) TPR实验结果表明,Co3O4的还原是经过了Co3O4还原到CoO然后再还原到金属Co的两个过程,Co0是催化剂的活性组分。不同方法制备的催化剂,Co3O4和CeO2的相互作用不同,导致催化剂在活性和选择性上有不同的表现。
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