硅基负载型Co/Ni乙醇重整制氢催化剂的制备及催化性能研究

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开发清洁能源如氢能代替化石能源,可极大缓解能源紧缺以及环境污染问题。乙醇水蒸气重整制氢,具有产氢效率高、原料低毒和可再生等优点,近年来受到人们的广泛关注。非贵金属Co/Ni催化剂由于来源广并具有较高的催化活性,被普遍应用于乙醇催化重整制氢反应,但该类催化剂的氢气选择性不够理想,尤其是较差的稳定性,限制了它们在乙醇重整制氢中的广泛应用。已有研究表明,重整反应过程中催化剂表面积碳和活性组分烧结是导致催化剂失活的主要原因。设计高氢气选择性、优良稳定性和低成本的催化剂,是实现乙醇重整高效产氢的关键。本文以高度有序的介孔材料MCM-41和Si/Al比连续可调的SiAlON固溶体为载体制备了负载型Co/Ni催化剂,表征了催化剂的结构和微观形貌,并考察了它们的乙醇重整制氢性能。1.采用一步法制备了多孔形貌的Co/MCM-41催化剂(Co纳米颗粒高度分散,粒径约为23 nm)。与硅微球负载型Co基催化剂(Co/SiO2)相比,Co/MCM-41表现出更佳的低温催化活性和氢气选择性,400℃时氢气选择性可达64.47%,明显高于Co/SiO2的47.20%。Co纳米颗粒与催化剂载体间的强相互作用以及MCM-41高度有序介孔的纳米限域效应抑制了活性组分Co在高温反应过程中的迁移和长大,显著提高了催化剂的稳定性。500℃连续催化乙醇重整反应28 h后,催化剂仍保持原有的有序介孔结构,积碳量仅为3%,氢气选择性始终保持在65%左右。2.以不同Si/Al固溶比的Si6-ZAl ZOZN8-Z为载体,制备了不同Ni负载量的Ni/Si6-ZAl ZOZN8-Z催化剂。研究结果发现,Si/Al固溶比和Ni负载量可显著影响催化剂的乙醇重整制氢性能。当Z值为2,Ni负载量为1.0wt%时,500℃条件下乙醇转化率为100%,H2选择性高达80%,且催化剂具有较高的稳定性,在16 h的稳定性测试中,乙醇转化率和氢气选择性未见明显变化。
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