最近,甲烷直接催化裂解作为一条潜在制取无碳氧化合物的高纯氢的工艺引起广泛关注。本文采用反向浸渍法制备了Ni—Cu—Al2O3催化剂用于甲烷催化裂解反应,重点考察制备方法对催化剂性能的影响。

采用等量浸渍法制备了不同载体负载的镍催化剂 ,考察了载体对催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢反应性能的影响 .结果表明 ,在 6 5 0℃和 10 1 3kPa下 ,不同载体负载的催化剂上乙醇的转化率都接近 10 0 % ,但选择性相差很大 ,选择性大小顺序为 :ZnO≈La2 O3 >CeO2 >MgO >γ Al2 O3 >TiO2 >ZrO2 >硅胶 >硅藻土 .

介绍了以金属氧化物为介质的热化学循环分解水制氢。与其它循环体系相比,金属氧化物循环仅由两步反应组成,过程简单、不向环境排放有害物质、避免了高温下分离气体的困难。研究发现,以铁酸盐为代表的复合体系有望在较温和的条件下进行反应,如果能与太阳能或者高温核反应堆耦合,则有望成为清洁的、具有经济性的制氢方法。

用固定床微反应器装置,考察了添加稀土金属(La,Ce)和过渡金属(Zr,Cu)助剂及助剂添加量对甲烷自热重整制氢反应的影响.结果表明:添加稀土金属Ce和过渡金属Zr对Ni基催化剂反应性能有较大的提高;将Ce,Zr按不同的质量比添加到Ni基催化剂中,催化剂性能有很大的改变

采用溶胶凝胶法制备了负载型Co-Fe催化剂,提出并考察了二段重整制氢的可行性及制氢效果,在水醇比2.5、氧醇比0.5、液空速12 h-1、床层温度523℃、Co-Fe催化剂作用下的乙醇转化率为97.0%,H2选择性为2.80,H2产率为2.72。Cu催化剂作用下的CO的变换反应有效地降低了CO含量,提高了H2含量。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)汽车被认为是替代常规化石燃料汽车的理想解决方案之一。目前主要使用高压钢瓶为其供H2,但此法储存量少、危险系数高、添加燃料麻烦。使用微反应器在线重整技术则燃料易储存、添加方便、体积能量密度高,可解决上述问题,是为氢燃料电池汽车供氢的有效方法。目前,国内外已经有不少研究者致力于此方面的研究

甲醇蒸汽重整制H2在移动燃料电池系统等领域的应用有广阔前景。传统Cu／Zn氧化物催化剂对该反应有很好的活性,但易于失活且CO浓度较高。水滑石是一类层状结构复合金属氢氧化物,经焙烧分解能得到均一稳定的复合氧化物。本工作以水滑石为前体,利用水滑石结构对CuOZnO的

介绍英国Servomex 2500型甲烷红外线分析仪在制氢装置上不能长周期运行,以及实际样品预处理系统存在的问题,通过分析存在问题找出解决办法。同时介绍一种Nafion半透膜过滤装置在样品预处理系统的应用。

对流化床中甲烷裂解制氢与催化剂再生过程进行了研究。选用25N i/Cu-A l2O3和75N i/Cu-A l2O3两种催化剂,分别在500℃和650℃进行甲烷裂解制氢与催化剂再生,反应与再生过程的温度与时间保持相同,催化剂再生时采用空气进行再生,气体流量均为370 mL/m in(STP)。实验结果表明,镍质量分数较低时催化剂表现出较好的稳定性,温度增加催化剂的稳定性降低。

研究乙醇在Cu—N i—K/-γA l2O3催化剂上的汽化。反应是在常压低温(300℃)下进行。汽化产物的影响因素,分析在乙醇转化及产品组成变化上的停留时间和原料中乙醇-水的摩尔比。另外对不同金属的催化剂进行了实验,如Cu—K/-γA 2lO3,N i—K/-γA l2O3催化剂。通过提高停留时间和降低水在乙醇料液中的比率,即降低扩散阻力提高乙醇汽化,假定了一种可能的反应机理,该机理与实验结果一致,并试探铜和镍的作用。

利用化工流程模拟软件AspenPlus[1]建立了甲醇重整制氢系统模型,并通过自行设计的实验系统进行了验证。结果表明,该模型能够较准确地预测重整系统出口状态下的氢气体积含量,并且可用于分析操作参数对重整制氢系统性能的影响。另外,基于能量守恒原理,对系统的经济性进行了分析。研究结论可用于指导甲醇重整制氢系统重整方式的选择,工作参数选择及优化设计。

以类层柱CuZnAl水滑石为前体,经600℃焙烧制备了一系列不同Cu/Zn/Al质量比的催化剂.在250℃、水/甲醇比为1·3和重时空速为3·28h-1的条件下,考察了Cu/Zn/Al质量比对催化剂甲醇水蒸气重整反应性能的影响.结果发现,最佳Cu/Zn/Al质量比为36·7/13·4/(17~28).调变Cu的比例不会改变催化剂物相构成和CuO的还原峰温,Cu含量较低的催化剂由于活性位数目少而甲醇转化率低

采用沉积-沉淀法制备了一系列Au/TiO2催化剂,考察了Au负载量、焙烧温度以及助剂等因素对甲醇水蒸汽重整制氢反应催化性能的影响;并利用XRD,TEM对催化剂进行了表征.结果表明,制备条件对催化性能有明显影响;Au负载量为5%(ω)时所得催化剂活性较好;助剂NiO可使催化剂催化甲醇水重整的催化活性明显提高;100℃烘干未焙烧制得的催化剂活性最好;TEM结果显示,NiO的加入使载体TiO2颗粒分散度提高,Au粒粒度变小.

采用质子交换膜燃料电池作电解器,提出了利用甲醇电解制氢的、经济的制氢方法。结果表明,电解甲醇制氢比传统的电解水制氢,能够降低电压近2/3。所述的技术具有安全、简洁及低成本等特点。

采用高温固相反应法合成了层状K-Fe-Ti金属氧化物催化剂,用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和紫外-可见漫反射光谱等手段对催化剂进行了表征,并通过光催化分解水制氢反应对催化剂的活性进行了评价.结果表明,合成原料中K+的含量和固相反应温度都会影响催化剂的晶相结构;催化剂中八面体配位的Fe3+使其具有显著的可见光吸收特性

以类层柱CuZnAl水滑石为前体,经不同温度焙烧制备了一系列甲醇水蒸气重整制氢催化剂.在250℃、水/甲醇比1.3和重时空速2.5 h-1下的反应结果表明,600℃焙烧的催化剂具有优异的活性和稳定性,而≤500℃和≥700℃焙烧后的催化剂活性较差.热重、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和程序升温还原分析结果表明,600℃焙烧时水滑石分解较为完全

用ZS1100型柴油机进行了台架试验,将几种不同燃料(二甲醚、乙醇、甲醇、氨)热解后通入进气道,就节油效果进行了对比,并与直接向进气道通氢气作了比较。对较低热值的燃料二甲醚、乙醇和甲醇,配合燃用乳化油,能够明显提高能量利用率达10%,同时柴油消耗可减少约15%～18%,经济上可节钱8%～10%。高节油率是燃料热解产生氢气和乳化油共同作用的结果。热解供氢将柴油机排烟热能转化为热解气中的化学能,从而实现了柴油机尾气能量的循环再利用。

大规模利用氢作为未来社会的能源载体,有助于解决人类可持续发展中面临的两大问题——能源和环境。甲醇廉价易得(目前世界甲醇产量已超过215×107t/a,是排在合成氨、乙烯之后的第三大化工产品)既可从化石资源如煤、石油、天然气等制得,又可从生物质制得;甲醇能量密度高,

利用生物质乙醇的制氢具有能量密度高和环境友好等特点,因此乙醇的催化重整制氢引起了众多关注。乙醇制氢的高效途径是催化水蒸气重整,热力学研究表明该反应可行。但乙醛、丙酮、甲烷等副产物的生成导致氢气的收率降低,只有在高温下才能将副产物完全转化。目前的工作重点

对不同反应条件下乙醇水蒸气重整反应系统平衡的物质分布进行了热力学计算。结果表明:低压有利于乙醇水蒸气重整主反应的进行;在n(水)∶n(乙醇)=8∶1条件下,温度越高乙醇的转化率越高,氢的含量也越高;在900 K时,水醇比越高越有利于乙醇水蒸气重整反应向正方向进行。实验结果与热力学计算的产物分布曲线基本一致,进一步证明了热力学计算的正确性。

为探索H2S在多孔介质内超绝热燃烧裂解制硫制氢的机理,采用计算流体力学(CFD)与CHEMKIN相结合的方法,使用标准k-ε湍流模型和一个17组分、57步复杂化学反应机理,模拟了H2S在直径为3mm的Al2O3圆球堆积成的多孔介质内的燃烧,模拟结果与实验数据基本吻合.模拟结果显示:多孔介质内H2S的燃烧温度超过了绝热燃烧温度,为H2S的裂解制硫制氢提供高温环境,富燃条件下H2S部分地裂解生成单质硫和氢气.另外,对采用的复杂化学反应机理是否适用于多孔介质内H2S燃烧时各向异性火焰的模拟作了有意义的探索.

基于一维拟均相模型,针对高温气冷堆具有单根转化管的甲烷蒸汽重整器建立了动态数学模型,开发了相应的计算程序,并对日本原子能研究所设计的甲烷重整器进行了稳态计算与分析。研究结果表明:重整器氦气入口的散热损失对重整器性能有明显影响,而化学反应速度则不是影响其性能的主要因素。稳态计算结果与实验结果较好吻合。

采用浸渍法,以γ-Al2O3为载体,稀土(Ce,Nd)氧化物为助剂,金属Ni为活性物,制备了用于乙醇水蒸气重整制氢的复合催化剂。该类催化剂在400~550℃的较低温度范围内具有较高的氢气产率。不管助剂为何种稀土(Ce,Nd)氧化物,当其含量一定时,活性组分Ni的含量为15%的催化剂均具有最佳活性;当活性组分Ni一定,助剂的含量为10%时,催化剂的产氢率最大。采用10%CeO2/15%Ni/-γAl2O3催化剂时,乙醇重整制氢的产氢率可达5.2以上。

以三乙醇胺为模板剂,合成了具有蚯蚓状孔道结构的高比表面积二氧化钛介孔分子筛。通过用XRD,BET法等手段对其进行表征,考察了用萃取法脱除模板剂后二氧化钛介孔分子筛的热稳定性,并发现其与光催化制氢反应相关联,同时探讨了催化剂比表面积、晶型对其催化活性的影响。

采用模板剂导向自组装法以三乙醇胺为模板剂合成具有蚯蚓状孔道结构的二氧化钛介孔分子筛。通过研究不同脱除模板剂的方法,造成催化剂的织构特性发生改变,同时用XRD和BET比表面测定,高分辨透射电镜(TEM),紫外漫反射吸收光谱(UV-DRS)等手段对催化剂进行了表征,并以草酸为牺牲剂的光催化制氢反应为模型,探讨了其晶相改变对催化剂活性的影响。

以KNO3,Fe(NO3)3.9H2O,TiO2为原料,通过固相反应,制备出一种新型的光催化材料K-Fe-Ti层状金属氧化物,考察了这种催化剂的光催化制氢性能。发现Fe的含量并不是影响催化剂光催化制氢性能的主要因素,而催化剂的结构是影响光催化制氢效率的主要原因,不同牺牲剂对其光催化制氢性能也有较大的影响。

采用沉积-沉淀法制备了甲醇自热重整制氢Au-N iO/T iO2催化剂,并用X射线衍射、透射电子显微镜、能量色散X射线能谱对Au-N iO/T iO2催化剂进行了表征。表征结果显示,N iO可以改善载体T iO2粒子的分散度,使Au颗粒的粒径减小,Au颗粒的粒径主要分布在2~3nm;Au的负载量(质量分数)为1.63%左右。同时考察了反应温度和n(O2)∶n(CH3OH)对Au-N iO/T iO2催化剂催化甲醇自热重整制氢反应活性的影响。

Cu/ZnO基催化剂因具有优良的催化性能而广泛用于合成气制甲醇、加氢及重整制氢等反应。迄今,所研究的Cu/ZnO基催化剂多采用制备参数复杂且极易引入碱金属杂质的液相共沉淀等湿化学法制备。通过固相机械化学反应合成结构特异及性能优越的功能材料具有无需溶剂、操作简便

考察了不同载体及Zr添加量对甲烷自热重整制氢反应的影响。结果表明,载体为ZrAlO时,Ni基催化剂的催化性能最好,且CH4转化率和H2收率随着反应温度的升高而增大,850℃时CH4转化率保持在100%,H2收率达到79%。对不同Zr添加量的Ni基催化剂XRD谱图分析结果发现,随着Zr的添加量的增加,Al2O3和NiAl2O4的衍射峰逐渐变得弥散,而ZrO2的衍射峰逐渐尖锐,且主要以四方相的亚稳态晶相存在。

以Ta2O5为原料,经高温气固相氮化反应制备了新型光催化剂TaON,利用XRD、XPS、UV-VIS测试技术对样品进行表征,确定了其最佳制备条件。UV-VIS测试表明,新型光催化剂TaON的光谱响应范围拓展到了可见光区,具有可见光响应性能。另外,在模拟太阳光(氙灯≥420nm)照射下,在含有电子给体甲醇的水溶液中研究了TaON催化光解水制氢反应,考察了该催化剂表面贵金属的沉积量、电子给体含量、反应时间等因素对催化活性的影响。