NiO-MgO固溶体用于富氢气体中CO选择甲烷化反应

【摘要】：质子交换膜燃料电池（PEMFC）稳定发电要求富氢气体中CO含量低于10ppm，然而重整-变换反应后的富氢气体中含有约1%CO和18%CO2。CO选择甲烷化是除去富氢气体中CO的一种有效方法，其能量效率高、过程控制简单，生成物甲烷和水均对电极以及环境无毒害作用，因此近年来逐渐引起关注。 负载镍基催化剂是CO选择甲烷化反应的有效催化剂，而且比贵金属价格低廉。本工作利用NiO与MgO易形成固溶体的特点，首先制备了NiO-MgO固溶体，经还原处理后得到Ni/Mg1-xNixO催化剂，然后对其进行CO选择甲烷化反应活性的研究。主要的研究内容和结果归纳如下： 1、分别采用氢氮混合气（70%H2、30%N2）和反应混合气（70%H2、18CO2、11%N2、1%CO）作为还原气体，对氧化态样品进行还原处理，然后测定其甲烷化反应活性。结果表明，采用氢氮混合气还原得到的催化剂催化活性远高于采用反应气还原得到的催化剂催化活性。 2、采用不同的还原温度（500°C～800°C）对氧化态样品进行还原处理，然后测定其甲烷化反应活性。结果表明，还原温度越高，CO选择甲烷化活性越高，800°C下还原得到的催化剂活性最高。 3、采用不同H2浓度（50%～100%）的氢氮混合气，对氧化态样品进行还原处理，然后测定其甲烷化反应活性。结果表明，当H2浓度为85%时，催化活性最佳；当H2浓度为50%时，催化活性明显降低。 4、对不同Ni/Mg投料比（10%～40%）的氧化态样品，还原后测定其甲烷化反应活性。结果表明，Ni/Mg投料比为20%～30%的催化剂对CO选择甲烷化反应催化效果最好。 5、对不同温度（400°C～800°C）焙烧得到的氧化态样品，还原后测定其甲烷化反应活性。结果表明，随着焙烧温度升高，催化活性降低，特别是800°C焙烧的样品活性降低很明显。 【关键词】：固溶体 一氧化碳 选择甲烷化 镍 氧化镁
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O621.25;TM911.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 富氢气氛中CO选择甲烷化反应的研究背景及其进展10-11
• 1.1.1 研究背景及其意义10-11
• 1.1.2 研究进展11
• 1.2 富氢气氛中CO选择甲烷化反应机理及催化剂研究进展11-17
• 1.2.1 富氢气氛中CO选择甲烷化反应机理11-13
• 1.2.2 富氢气氛中CO选择甲烷化反应催化剂研究进展13-17
• 1.3 PEMFC燃料电池的商品化现状17-20
• 1.3.1 PEMFC发电小型装置的应用17-19
• 1.3.2 工业制氢技术发展现状19-20
• 1.4 选题依据和研究内容20-22
• 1.4.1 选题依据20-21
• 1.4.2 研究内容21-22
• 第2章 催化剂制备与表征22-28
• 2.1 催化剂的制备22-23
• 2.1.1 试剂与仪器22-23
• 2.1.2 催化剂的制备方法23
• 2.2 催化剂的表征23-25
• 2.2.1 热重（TGA）23
• 2.2.2 N_2物理吸附（BET）23
• 2.2.3 X射线衍射（XRD）23-24
• 2.2.4 电感耦合等离子发射光谱（ICP）24
• 2.2.5 H_2程序升温还原（TPR）24-25
• 2.3 催化剂的活性评价及数据处理25-26
• 2.3.1 催化剂活性评价条件25-26
• 2.3.2 反应产物分析与数据处理26
• 2.4 还原态催化剂中金属Ni量的测定26-28
• 第3章 氧化态样品的物相组成及其性质28-34
• 3.1 干燥后样品的热重分析28-29
• 3.2 XRD测定29-30
• 3.3 TPR测试30-32
• 3.4 ICP分析32-33
• 3.5 比表面积33-34
• 第4章 各种实验条件对催化性能的影响34-49
• 4.1 还原气氛的影响34-35
• 4.2 还原温度的影响35-38
• 4.3 还原气中H2浓度的影响38-39
• 4.4 反应气流速的影响39-40
• 4.5 Ni/Mg投料比的影响40-43
• 4.6 焙烧温度的影响43-45
• 4.7 还原时间的影响45-48
• 4.8 小结48-49
• 结论49-50
• 参考文献50-57
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单57-58
• 致谢58

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