泡沫金属微反应器内二甲醚水蒸汽重整制氢的研究

在自制的泡沫金属微结构反应器中,以多孔泡沫镍为载体,负载Cu6Zn3Al0.5Ce0.5/HZSM-5双功能催化剂,用于二甲醚水蒸汽重整制氢的研究。考察负载方法、水醚比、空速、反应温度以及催化剂焙烧温度等条件对二甲醚水蒸汽重整反应的影响。通过X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR)等手段对催化剂负载方法与催化性能的关系进行探索。结果表明:直接将催化剂Cu6Zn3Al0.5Ce0.5/HZSM-5涂覆在泡沫镍上的催化效果最好,催化剂的最适宜煅烧温度为450℃。在275℃,空速5180 m L/(g·h),水醚比为5的反应条件下,二甲醚转化率和氢收率分别可达99%和95%,反应进行40 h催化剂活性没有明显降低,二甲醚的转化率保持在97%以上。     

多种金属修饰的Ce/MCM-41催化解聚木质素的研究

采用共沉淀法和化学还原法制备一系列金属修饰的Ce/MCM-41分子筛催化剂。通过透射电镜(Transmission Electron Microscope,TEM)TEM对催化剂进行表征,并对La(Ni、Co)/Ce/MCM-41系列催化剂在二氧六环-水体系中催化解聚木质素的性能进行研究。试验结果表明:在该系列催化剂中Ni/Ce/MCM-41催化效果较好,在Ni负载量为20%、反应温度为260℃、反应时间为60 min、H2压力为2 MPa的反应条件下,解聚产物中乙醚萃取物达到46.1%。其中,主要单体产物为2-甲氧基酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚、4-丙基愈创木酚。     

Pt基催化剂二甲醚催化燃烧性能

利用二甲醚催化燃烧作为二甲醚重整制氢的热源可有效简化系统和提高效率,通过对比不同载体、不同Pt负载量以及不同助剂对Pt催化剂的性能影响,筛选出了最适合二甲醚低温起燃催化燃烧的催化剂.研究发现,HZSM-5型分子筛作为二甲醚催化燃烧载体具有较好的起燃特性,同时加入助剂Ce可以显著提高催化剂活性,起燃温度相对Pt/HZSM-5降低了58℃.Pt-Ce/HZSM-5催化剂的二甲醚起燃特性实验表明,在过量空气系数为1.1时具有最佳的起燃特性.对Pt-Ce/HZSM-5催化剂进行了稳定性实验,100h内催化剂性能稳定.     

MnO_x/ZSM-5催化剂催化NO氧化性能的研究

为实现快速选择性催化还原(SCR)反应条件,开发低成本NO氧化催化剂,采用浸渍法制备了不同Mn负载量的MnO_x/ZSM-5催化剂,采用电感耦合等离子体(ICP)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和N_2吸附/脱附等技术对催化剂特征进行了表征,并考察了其催化NO氧化活性.结果表明:Mn负载量对MnO_x/ZSM-5催化剂催化NO氧化的活性有显著影响,较高的负载量可以提供更多的反应中心,但过高的负载量会导致活性组分在催化剂表面积聚,减小催化剂比表面积和降低表面分散度.Mn负载量为5.2%的样品表现出最佳的NO催化氧化效率,400℃下NO转化率达到50.6%,但低温下催化NO氧化活性较差,还需进一步优化制备条件,以提高MnO_x/ZSM-5催化剂的反应性能.     

金属改性ZSM-5催化剂对黄丝藻提油后藻渣催化热解的影响

采用固定床反应器对黄丝藻提油后藻渣进行催化热解,以物料与催化剂质量比为1∶2研究不同金属类型(Mo、Ce、Ni)及金属负载量(4%、6%、8%)改性后的ZSM-5催化剂对黄丝藻提油后藻渣热解产物特性的影响。对催化剂进行BET、XRD等表征,对热解气体产物通过气相色谱分析,对液体产物采用气相色谱-质谱联用仪进行定性及半定量分析。结果表明:金属改性后ZSM-5催化剂加剧热解挥发分裂解,导致液体产物收率降低,热解气体产物的收率增加。反应过程中,催化剂的加入使气体产物中CO含量增加,CO_2含量减少。采用6%Ni/ZSM-5催化剂时所获得液体产物中酸类物质降低为0.09%,碳氢化合物组分达34.81%,且含有较低的稠环化合物和最高的烷基苯成分(4.92%)。     

HYDROGEN PRODUCTION RESERACH BY STEAM REFORMING OF ETHANOL OVER Ni-Cu/SrCeO3 CATALYST

利用固定床反应器对一系列自制催化剂Ni-Cu/SrCe03在乙醇水蒸气重整制氢反应中的催化性能进行考察,研究活性金属Ni的负载量、反应温度、水醇比对催化剂活性的影响.实验结果表明,Ni负载量为10％(质量分数)的催化剂Ni-Cu/SrCe03在乙醇重整制氢中表现出最佳催化活性,当反应温度为650℃,水醇比为8时,氢选择性达到最大值87.3％.     

改性HZSM-5催化玉米秸秆与HDPE共热解制轻质芳烃

为提高生物质与聚乙烯共热解中苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘(简称)BTEXN和轻烯烃的产量，同时抑制C⁺₂₁蜡的形成，通过TG-MS/FTIR和Py-GC/MS探究催化共热解中HZSM-5和改性HZSM-5对玉米秸秆和HDPE相互作用的影响，并对BTEXN进行定量分析。结果表明，在HZSM-5的催化共热解中，HZSM-5可促进玉米秸秆与HDPE之间的相互反应，芳烃和轻烃产率增加。相比HZSM-5，在改性HZSM-5的催化共热解中，改性HZSM-5可促进轻烯烃、C₅-C₁₁脂肪烃和芳烃的析出，并抑制C⁺₂₁蜡的形成。Cu、Fe和Ce改性可促进单环芳烃的形成，同时提高BTEXN产量，相比HZSM-5分别提高20.99、25.43和20.89 mg/g，而P改性会抑制BTEXN形成。对于形成芳烃的Diels-Alder反应，Fe和Ce改性表现出较强的催化效果，而Cu改性对烃池反应催化效果较强。此外积碳分析表明，Fe和P改性具有较强的抗积碳能力。     

复合改性ZSM-5催化热解松木和低密度聚乙烯的研究

以HZSM-5分子筛为基础,通过过量浸渍法制备P元素与过渡金属元素(Cu、Zn、Ni)复合负载改性M-P/HZSM-5分子筛催化剂。使用XRD、N_2吸附-脱附和吡啶红外对分子筛催化剂进行表征,并考察其催化松木和低密度聚乙烯共热解反应的活性。结果表明:改性后的HZSM-5催化剂保持MFI骨架结构,但微孔体积减小,总Br?nsted酸(B酸)酸量降低,并且Br?nsted酸、Lewis酸(L酸)的分布发生改变。与未改性HZSM-5分子筛相比,改性分子筛可提高高附加值石油化学品的收率,同时可减少积碳。其中,经H_2还原的Ni-P/HZSM-5催化剂的脱氧能力和芳构化性能提升最显著,CO和单环芳烃的碳收率分别从6.48%、25.7%提高到11.1%、34.0%。     

负载型HZSM-5对紫茎泽兰微波催化热解产物的影响

随着化石能源的消耗及环境条件的恶化,寻找新的可替代能源已经成为整个社会面临的重大难题。文中试验以世界性恶性杂草紫茎泽兰为原料,讨论了天然催化剂以及负载型HZSM-5催化剂对生物质微波催化热解的产物的影响。结果表明:凹凸棒土对酸类加氢还原反应具有较强的催化作用,使产物中羰基类物质含量增加。而HZSM-5催化剂能够促进芳香烃以及不饱和烃的生成,有利于后续从生物油中提取具有高利用价值的石油替代品。经过Ni改性的HZSM-5催化剂对于芳香烃类物质生产的催化作用比Pt/HZSM-5要更加明显,随着Ni负载量的增加,芳香烃含量增加至将近30%,可以有效提高生物油的质量。     

催化剂Ni/CeO2-ZrO2催化生物油水溶性组分重整制氢

利用固定床反应器对一系列自制催化剂Ni/CeO2-ZrO2和商业镍基催化剂Z417在生物油水溶性组分重整制氢反应中的催化性能进行考察,研究了活性金属Ni的负载量、反应温度、水油比对催化剂活性的影响.实验结果表明:Ni负载量为12wt％的催化剂Ni/CeO2-ZrO2在生物油水溶性组分重整制氢反应中表现出最佳催化活性,当反应温度为800C和水油比为4.9时,氢产率达到最大值67.8％,氢的选择性较高,为61.8％.     

Ni/KZSM-5催化剂的生物乙醇水蒸气重整制氢催化性能

采用浸渍法制备了Ni/γ-Al_2O_3,Ni/HZSM-5和Ni/KZSM-5 3种负载型催化剂,利用XRD,XPS,BET,NH3-TPD,CO2-TPD和H2-TPR等手段对催化剂的晶相、比表面积、酸/碱性等物化特性进行了表征,并通过固定床反应器对比考察了不同载体的Ni基负载型催化剂对乙醇水蒸气重整制氢的催化性能。实验结果表明:由于HZSM-5的酸性较强,Ni/HZSM-5催化剂不能有效催化乙醇水蒸气重整制氢,主要产物为乙烯;由于KZSM-5具有一定的碱性并有较高的比表面积,Ni/KZSM-5催化剂对乙醇水蒸气重整制氢表现出了较高的催化活性,当反应温度为450℃时,乙醇转化率为100%,氢气选择性达到65.0%,且反应积碳率仅为3.0%;由于载体的碱性较弱,导致产物中含有部分乙烯,降低了氢气选择性,从而Ni/γ-Al_2O_3催化剂的活性低于Ni/KZSM-5催化剂。     

Fe-Ag/La_2O_3-ZrO_2催化乙醇水蒸气重整制氢

用草酸盐沉淀法制备La2O3-ZrO2复合氧化物载体,用浸渍法制备Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂;用X射线衍射技术表征催化剂;考察了催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化活性。结果表明,La含量较低的La2O3-ZrO2复合载体具有明显的四方晶相结构;Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中表现出良好的催化性能,气相产物中H2物质的量分数很高,CO和CH4物质的量分数很低;La,Ag,Fe含量影响催化剂的活性及选择性。在以(1Ag20Fe)20(2La8Zr)为催化剂,反应温度为823 K、乙醇与水物质的量比为1∶6,乙醇水溶液流速为0.1 mL/min的反应条件下,乙醇转化率达到95.7%,气相产物中H2物质的量分数为78.7%、CO的物质的量分数小于1.2%。     

生物质水热法催化液化的实验研究

选用常见废生物质木屑为原料,以分步离子交换法制备的Ni、Fe金属改性分子筛为液化催化剂,在高温高压反应釜中进行水热法催化液化的实验研究.运用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对催化剂的性质进行表征,重点考察催化剂对生物质液化行为的影响.在280℃、10min条件下的实验结果表明催化剂能有效促进生物质的低温水热法液化,以NiHZSM-5为催化剂可使木屑催化液化的总产率由20.69%提高到31.36%,且增加的产量中有机水溶物占93.92%,说明NiHZSM-5催化剂可以选择性催化液化生物质.     

双金属共改性沸石催化杉木热解制备轻质芳烃

以杉木为原料在金属改性分子筛作用下进行热解制备芳烃,采用热裂解-气相色谱质谱法进行热解。结果表明：单金属改性中5%Zn/HZSM-5可达到最好催化效果,其芳烃的相对峰面积达到最高的34.17%,苯、二甲苯的产率相对最高;与单金属改性相比,1%Zn-4%Co/HZSM-5可增大单环芳烃产率,其中苯增大1.19倍,甲苯增大1.21倍;萘、甲基萘等大分子芳烃产率显著减小,同时氧化物产率减少。验证不同金属结合会产生某种协同效应,在热解过程中添加双金属改性分子筛有利于热解油品位的提高。通过NH₃-TPD表征和BET测试阐述金属改性对催化剂表面结构及酸位点变化的影响。     

HZSM-5催化纤维素液化的研究

以微晶纤维素为研究对象,HZSM-5为催化剂,系统考察了原料/溶剂水质量比、反应温度、反应时间、催化剂用量、催化剂硅铝比等对催化液化效果的影响。结果表明:在纤维素/溶剂水的质量比为1/20、反应温度280℃、反应时间40min、HZSM-5催化剂(硅铝比为28)用量为原料质量分数的5%时,可以得到较好的催化液化效果,且HZSM-5催化剂可以多次重复使用。     

等离子体协同Zn和Ti/HZSM-5催化提质生物质热解气

针对生物油提质中品位提升有限等问题,建立了等离子体协同催化系统,利用Zn、Ti单一改性以及ZnTi联合改性的HZSM-5进行了在线提质生物油的研究,分析了三效(包括等离子体、催化剂本身和改性成分)催化对生物油提质的影响.结果表明:三效催化使生物油产率降低,但理化性能明显提升,其中Ti/HZSM-5催化所得生物油的高位热值达到37.02 MJ/kg,烃类总量达到89.49%,其中多环芳香烃明显减少;等离子体技术使改性HZSM-5的裂解脱氧性能提升,并且随着Ti元素的引入而逐渐增强.     

基于镓改性ZSM-5分子筛作用下的环氧树脂催化热解制芳烃反应性能研究

为实现环氧树脂的清洁处置与资源化利用,在一系列金属镓改性的ZSM-5催化体系中进行快速热解实验,并进行了包括氮气吸附-脱附测试、X射线衍射（XRD）、氨气程序升温吸附（NH₃-TPD）、热重分析（TGA）和透射电镜（TEM）在内的全面的催化剂表征,以阐明催化剂的结构特性。镓的改性显著调节了ZSM-5分子筛的布朗斯特/路易斯酸分布和孔隙结构,改善了高温下分子筛的热解脱氧性能,提高了催化剂的择形催化能力。选取镓负载量、热解温度、催化剂用量、热解升温速率和催化剂回用次数为实验变量,探究了热解油组成分布的变化规律。结果表明,与未改性的分子筛相比,镓改性的ZSM-5分子筛显著提高了环氧树脂快速热解过程中芳烃的选择性。通过不同热解条件的研究发现,环氧树脂催化热解制备芳烃的最佳条件为：1Ga-ZSM-5分子筛∶环氧树脂 = 1∶1,热解温度为600℃,热解速率为10℃/ms,此时芳烃总选择性最高可达56.4%,其中更有价值的单环芳烃的相对含量达到31.6%。     

生物质直接催化液化的研究

采用离子交换法制备Mn,Ni金属改性分子筛催化剂,用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对催化剂的性质进行表征,并将此催化剂应用在大豆秸秆直接液化反应中。通过对无催化剂和不同催化剂作用下得到的液体燃油的元素分析和GC-MS分析,结果表明,改性分子筛催化剂对生物质的直接液化有明显的催化作用,尤其是Mn/ZSM-5。以Mn/ZSM-5分子筛为催化剂能将生物油的产率从10.65%提高到14.61%,增加芳烃和烷烃的相对含量至12.78%和22.31%,将生物油的氧含量降低至6.28%,而生物油的热值则提高到43.56 MJ/kg。此法为通过催化剂调控生物油的组成和相对含量提升生物燃油的品质提供了研究基础。     

Mn负载量对NSR催化剂NO_x存储性能的影响

为了研究Mn负载量对NOx存储还原(NSR)催化剂NOx存储性能的影响,采用溶胶凝胶法结合浸渍法制备了一系列不同Mn负载量的1Pt/15Ba/15Ce/xMn/γ-Al_2O_3(1、15、x表示其后元素的质量百分数,x=0、2、4、6、8和10)复合型NSR催化剂。利用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)分析仪和扫描电子显微镜(SEM)对催化剂的理化性能进行表征;并利用模拟气试验平台测试了催化剂的NOx完全存储性能。结果表明,不同Mn负载量的NSR催化剂整体结晶状况良好,Mn元素以Mn_2O_3和MnO2形式存在;Mn元素添加后,1Pt/15Ba/15Ce/8Mn/γ-Al_2O_3比表面积最大;γ-Al_2O_3主要是以多边形状和长棒状的形态存在,各活性组分分散较为均匀;1Pt/15Ba/15Ce/8Mn/γ-Al_2O_3的存储能力最强,存储效率为89.47%,NO_x存储量达689.43μmol/g;催化剂的NOx存储量由大到小依次为8Mn10Mn6Mn4Mn2Mn0Mn;在10%的O2气氛下,1Pt/15Ba/15Ce/8Mn/γ-Al_2O_3催化剂的NOx存储能力最强。     

摩托车催化转化器中催化剂的制备研究

本文对摩托车尾气催化转化器用催化剂的制备进行了研究。对于主催化剂,通过对Cu系催化剂、稀土型复合催化剂、贵金属型催化剂进行的催化性能试验、老化试验,表明贵金属型催化剂最具性能优势,并进而分析,其中又以三元催化剂为最佳,再通过起燃温度试验,确定出Pt与Rh的最佳配比范围为5∶1~20∶1;对于助催化剂,通过分散度试验、储氧量试验和涂层抗老化试验,确定了稀土元素铈(Ce)、镧(La)的作用较大,此外,加入金属铁、镍,有助于提高催化剂在贫氧环境下的转化率。