CoB/ZSM-5非晶态合金负载型催化剂在硼氢化钠水解制氢中的应用

采用浸渍与化学还原相结合的方法,制备了一系列CoB/ZSM-5非晶态合金负载型催化剂,考察其在硼氢化钠水解制氢中的催化活性。结果表明,CoB/ZSM-5负载型催化剂具有高的催化活性,30℃时NaBH4水解产氢速率为1.3 L/(min·g),表观活化能为54.4 kJ/mol,大大低于粉末状非晶态CoB催化剂的活化能(71.4 kJ/mol)。     

CoB催化剂在硼氢化钠-乙醇体系中制氢的应用

采用化学还原法制备了非晶态合金CoB催化剂,研究其在NaBH_4-乙醇复合体系中的催化活性。考察了基于乙醇量(硼氢化钠浓度)、NaOH质量浓度、反应体系温度、醇水体系对CoB催化NaBH_4制氢的影响。结果表明,硼氢化钠产氢速率随着乙醇量(硼氢化钠浓度)的增加呈现出先加快后减缓的变化;NaBH_4产氢速率随碱质量浓度的增加呈现出先增加后减小的变化,且最优碱浓度大约为5%;NaBH_4制氢速率随反应温度增加而快速增加,反应动力学计算显示该体系的表观反应活化能Ea为56.45 kJ/mol;在相同条件下,CoB催化硼氢化钠醇解制氢的产氢速率快于催化硼氢化钠水解制氢的产氢速率。     

CoB催化剂在硼氢化钠-乙醇体系中制氢的应用

采用化学还原法制备了非晶态合金CoB催化剂,研究其在NaBH_4-乙醇复合体系中的催化活性。考察了基于乙醇量(硼氢化钠浓度)、NaOH质量浓度、反应体系温度、醇水体系对CoB催化NaBH_4制氢的影响。结果表明,硼氢化钠产氢速率随着乙醇量(硼氢化钠浓度)的增加呈现出先加快后减缓的变化;NaBH_4产氢速率随碱质量浓度的增加呈现出先增加后减小的变化,且最优碱浓度大约为5%;NaBH_4制氢速率随反应温度增加而快速增加,反应动力学计算显示该体系的表观反应活化能Ea为56.45 kJ/mol;在相同条件下,CoB催化硼氢化钠醇解制氢的产氢速率快于催化硼氢化钠水解制氢的产氢速率。     

ZIF-7负载CoB催化剂的制备及其在制氢中的应用

先后采用化学浸渍和还原的方法制备了不同比例的沸石咪唑酯骨架材料ZIF-7负载CoB的催化剂,对其结构进行了表征,并系统探究了该催化剂在催化硼氢化钠水解制氢中的催化活性。结果表明,相比于纳米CoB粉末催化剂,负载型CoB/ZIF-7催化剂在硼氢化钠水解制氢中具有更高的催化活性,25℃时NaBH_4水解产氢速率大约为252.19 m L/(min·g)。化学反应动力学表明:负载型CoB/ZIF-7催化剂催化NaBH_4水解制氢反应属于一级反应,其表观活化能约为51.48 k J/mol,远远低于纳米CoB粉末催化剂的活化能72.01 k J/mol。     

ZIF-7负载CoB催化剂的制备及其在制氢中的应用

先后采用化学浸渍和还原的方法制备了不同比例的沸石咪唑酯骨架材料ZIF-7负载CoB的催化剂,对其结构进行了表征,并系统探究了该催化剂在催化硼氢化钠水解制氢中的催化活性。结果表明,相比于纳米CoB粉末催化剂,负载型CoB/ZIF-7催化剂在硼氢化钠水解制氢中具有更高的催化活性,25℃时NaBH_4水解产氢速率大约为252.19 m L/(min·g)。化学反应动力学表明:负载型CoB/ZIF-7催化剂催化NaBH_4水解制氢反应属于一级反应,其表观活化能约为51.48 k J/mol,远远低于纳米CoB粉末催化剂的活化能72.01 k J/mol。     

自搅拌下CoB/SiO2催化剂催化硼氢化钠水解制氢研究

采用浸渍-化学还原法制备了硼化钴/二氧化硅（CoB/SiO₂）催化剂,并考察了其催化硼氢化钠水解制氢的性能。研究了二氧化硅粒径、硝酸钴与二氧化硅物质的量比、硝酸钴与硼氢化钠物质的量比等条件对催化剂性能的影响,进而考察了催化剂用量、搅拌转速、反应温度等条件对硼氢化钠水解制氢性能的影响。结果表明,在二氧化硅粒径为15 nm、硝酸钴与二氧化硅物质的量比为0.08∶1、硝酸钴与硼氢化钠物质的量比为1∶5条件下,制备的催化剂催化硼氢化钠水解产氢的速率为45.6 mL/（min·g）;因为催化剂粒径很小,伴随硼氢化钠水解产氢产生的动量可以完全消除外扩散速率的影响,搅拌转速对硼氢化钠水解速率的影响很小,硼氢化钠的水解速率随着催化剂用量的增加而增大;随着温度的升高,硼氢化钠的水解速率增大,硼氢化钠水解反应的表观活化能为48.54 kJ/mol,硼氢化钠反应级数为零;催化剂具有良好的重复使用性能和稳定性。     

钴-硼/二氧化锆催化剂催化硼氢化钠水解制氢研究

采用浸渍负载-还原法制备了钴-硼/二氧化锆催化剂,研究了催化剂在催化硼氢化钠水解制氢中的性能。研究了催化剂的制备条件（钴与二氧化锆物质的量比、钴与硼氢化钠物质的量比）对其催化性能的影响,并考察了催化剂用量、反应温度、搅拌转速对硼氢化钠水解制氢的影响。结果表明,在钴与二氧化锆物质的量比为0.16:1、钴与硼氢化钠物质的量比为1:5条件下制备的钴-硼/二氧化锆催化剂催化硼氢化钠水解制氢的速率最快。硼氢化钠水解制氢速率随催化剂用量的增加和反应温度的升高而增大,随搅拌转速的增加呈现先增大后减小的趋势。反应动力学计算出钴-硼/二氧化锆催化剂催化硼氢化钠水解对硼氢化钠的浓度属于零级反应。钴-硼/二氧化锆催化剂的硼氢化钠水解反应活化能为43.97 kJ/mol。     

第四周期过渡金属催化硼氢化钠分解制氢研究

考察了MnSO_4、FeSO_4、CoCl_2、NiCl_2和CuCl等盐原位还原催化硼氢化钠的水解制氢性能,实验确定催化硼氢化钠水解制氢活性高低顺序:CoClNiClFeSO_4CuCl_2MnSO_4,并发现这与第四周期过渡金属d轨道上的电子数有密切关系。硼氢化钠分解产氢速率与FeSO_4、CoCl_2和NiCl_2用量成正比,说明催化硼氢化钠水解产氢的活性中心为过渡金属,且硼氢化钠水解产氢反应对盐的用量为一级反应。实验计算出FeSO_4、CoCl_2和NiCl_2催化硼氢化钠分解制氢反应的活化能分别为52.01、46.33、58.70 kJ/mol,发现硼氢化钠产氢速率与活化能之间没有必然联系。     

硼化钴/石墨烯非晶合金催化剂制备及性能研究

采用载体浸渍、真空干燥和化学还原相结合的方法制备了硼化钴/石墨烯负载型非晶催化剂,系统研究了催化剂在硼氢化钠水解制氢中的催化活性。扫描电镜(SEM)表征表明,硼化钴活性粒子高度分散于石墨烯载体表面,硼化钴纳米粒子的团聚现象得到有效抑制。SEM-EDS(能谱)元素分析表明,硼化钴非晶合金可以在石墨烯表面高效生成,其中钴与硼的原子数比约为2∶1。硼氢化钠水解制氢实验表明,硼化钴/石墨烯负载型非晶催化剂在25℃时催化硼氢化钠水解制氢速率可达252.2 m L/(min·g)。化学反应动力学实验表明,基于硼化钴/石墨烯负载型非晶催化剂催化硼氢化钠水解制氢的反应属于一级反应,其表观活化能约为47.87 k J/mol。     

二氧化硅负载钌催化剂催化氨硼烷水解产氢研究

采用浸渍-还原法制备了Ru/SiO₂催化剂,并考察了钌负载量、还原剂硼氢化钠的用量、还原温度以及反应条件对催化剂Ru/SiO₂催化BH₃NH₃水解产氢的影响。结果表明,在钌的负载量为0.1%（质量分数）、还原剂硼氢化钠与钌的物质的量比为2.2∶1、还原温度为303 K时制备的催化剂,催化BH₃NH₃水解产氢速率最快[转化频率TOF为140.8 L H₂/（mol Ru·min）]。搅拌转速为450 r/min时,氨硼烷向催化剂表面传质最快,产氢速率最大。氨硼烷水解反应由催化剂界面反应控制,产氢速率与催化剂用量成正比。随着反应温度的升高,Ru活化的氨硼烷分子能量增加,反应速率逐渐增加。反应动力学计算表明Ru/SiO₂催化剂催化BH₃NH₃水解产氢反应对氨硼烷浓度为零级反应,活化能为45 kJ/mol。     

膨润土负载钌催化剂制备及其催化氨硼烷水解产氢研究

采用浸渍-化学还原法制备了钌/膨润土（Ru/Ben）催化剂,考察了钌含量、还原剂硼氢化钠用量、还原温度以及反应条件等对Ru/Ben催化氨硼烷（NH₃BH₃）水解产氢的影响。结果表明,在钌负载量为0.3%（质量分数）、钌与还原剂硼氢化钠物质的量比为1∶2.5、还原温度为303 K条件下,制备的Ru/Ben中Ru微晶尺寸为3.8 nm,Ru/Ben催化NH₃BH₃水解产氢的转化频率（TOF）为145 mol/（mol·min）;搅拌转速为450 r/min时,外扩散限制消除,产氢速率最大;产氢速率与Ru/Ben浓度成正比,催化剂界面反应是氨硼烷水解产氢反应的控速步骤,Ru/Ben催化NH₃BH₃水解产氢反应对催化剂浓度的反应级数为0.7;反应温度越高,氨硼烷向催化剂表面的传质速率越高、产物氢气及副产物偏硼酸钠从催化剂表面越易脱附,产氢速率越大。动力学计算表明,Ru/Ben催化NH₃BH₃水解产氢反应的产氢速率与氨硼烷浓度无关,活化能为15 kJ/mol。     

介孔氧化铝钇负载磷钨酸催化剂制备及其催化性能

以尿素为沉淀剂,十二烷基硫酸钠为模板剂,采用均相沉淀法制备介孔氧化铝钇(Al_2O_3Y),并用浸渍法将磷钨酸(HPW)负载到Al_2O_3Y上。通过SEM、XRD、FT-IR和N_2吸附等手段对Al_2O_3Y及负载催化剂(Al_2O_3Y/HPW)进行表征。将普通Al_2O_3、介孔Al_2O_3Y和Al_2O_3Y/HPW分别催化合成十七烯基咪唑啉,结果表明,制备的介孔Al_2O_3Y为无定型,粒径(1～5)μm,平均孔径5.08 nm,最可几孔径2.25 nm,比表面积627.43 m~2·g~(-1)。磷钨酸的负载率为93.3%,热稳定性较好。在合成十七烯基咪唑啉的验证实验中,催化剂用量为反应物质量的1%,与普通Al_2O_3催化反应相比,合成反应时间缩短,反应温度降低,合成收率高出30%,可达98.2%。     

镍基粘结型催化剂上甲烷解离和CO歧化反应动力学研究

用脉冲微反色谱技术研究了在镍基粘结型催化剂上CH_4解离和CO歧化反应动力学,以及稀土氧化物的催化作用.因碳在表面沉积对活性有影响,引入了积碳因子,得到了满意结果.稀土氧化物的合适加入量均可降低反应活化能.对CH_4解离反应,La_2O_3和CeO_2的适宜值均为3%(mass),而CO歧化反应La_2O_3为4.5%(mass),CeO_2为3%(mass).在稀土氧化物加入量为0-6%(mass)内,活化能降低范围:CO歧化为33kJ/mol,CH_4解离为44kJ/mol.认为吸附态的甲烷脱除第一氢原子是反应控制步骤,稀土氧化物通过对吸附态的甲烷分子和邻近Ni原子的正电吸引,改变了甲烷解离的机理,使活化能降低.CO借助稀土氧化物中晶格氧转移使其更易实现歧化反应,使活化能降低.发现CO歧化反应中生成的碳对活性影响比较小,认为这是由于沉积在镍表面上的碳迁移到载体上的缘故.     

甘油水蒸汽重整制氢Ni、Co、Fe催化剂的研究

采用等体积浸渍法制备了催化剂,研究了Ni/Al2O3,Fe/Al2O3,CoMo/Al2O3和NiCo/Al2O3催化剂对甘油水蒸汽重整制氢反应的催化效果,对催化剂进行BET、TPR、XRD表征,以氢产率为实验指标对催化剂进行了评价。研究结果表明,CoMo/Al2O3催化剂在温度650℃氢产率6.02。NiCo/Al2O3催化剂在温度600℃、水醇比16、液空速0.12 h-1条件下的氢产率为6.08。催化剂活性次序为NiCo/Al2O3Co-Mo/Al2O3Ni/Al2O3Fe/Al2O3。     

铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢性能研究

采用浸渍-还原法制备了铁、钴、镍、铜和锌催化剂,考察了其催化氨硼烷水解产氢性能,并优化了钴催化剂的制备条件和反应条件。结果发现,铁催化剂中铁以Fe₂B合金相存在,钴催化剂中钴以金属钴存在,镍催化剂中镍以金属镍和Ni（OH）₂·2H₂O存在,铜催化剂中铜以金属铜和氧化亚铜存在,锌催化剂中锌以Zn₄SO₄（OH）₆·4H₂O存在。铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢活性由大到小顺序为钴催化剂、镍催化剂、铜催化剂、铁催化剂、锌催化剂。显然,具有金属钴相的钴催化剂、金属镍相的镍催化剂和金属铜相的铜催化剂催化氨硼烷产氢活性高于具有Fe₂B合金相的铁催化剂。锌催化剂在制备条件下不能被还原为金属相,它几乎没有催化氨硼烷产氢活性。氯化钴与还原剂硼氢化钠的物质的量比为1∶1.3、还原温度为303 K时制备的钴催化剂催化BH₃NH₃水解产氢性能最佳。反应动力学计算表明钴催化剂催化BH₃NH₃水解产氢反应对氨硼烷浓度的反应级数为零级,对钴催化剂浓度的反应级数为一级,活化能为58 kJ/mol。     

CoB/CeO2催化剂的优化制备及在NaBH4液相制氢中的应用

为了提高硼氢化钠水解催化剂的活性与稳定性，本文采用化学还原和焙烧后处理制备了一系列CoB/CeO₂负载型催化剂，探究了该催化剂在NaBH₄液相释氢中的催化性能。通过扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等表征手段分析了催化剂结构和组成，并结合催化剂在NaBH₄水解制氢中的催化活性，研究了不同焙烧后处理方式对CoB/CeO₂负载型催化剂体系的作用规律。结果表明CoB负载到CeO₂载体表面后催化剂仅呈现了CeO₂载体的萤石相结构，但针对活性组分对比分析表明在高温下（空气和氮气）仍然出现了CoB的显著晶化。CoB/CeO₂在空气和氮气焙烧气氛下都有利于提高CoB活性组分在CeO₂载体表面的固载强度，但是二者呈现出不同的微观形貌。在NaBH₄液相释氢中，CoB/CeO₂-air和CoB/CeO₂-N₂展示了显著不同的催化活性，并且随着焙烧温度的提高，二者催化性能差异更加明显，温度升高后CoB/CeO₂-air催化活性逐步降低，并在500℃左右完全失活，而CoB/CeO₂-N₂则呈现了趋于稳定的催化活性。     

Nd-Cr/Al_2O_3催化剂上苯直接氧化制苯酚的动力学研究

研究了苯直接氧化制苯酚反应的动力学行为。推测了Nd-Cr/Al2O3催化剂上过氧化氢氧化苯为苯酚的反应过程,建立了该反应动力学数学模型,模型很好的解释了实验结果。结果表明,在实验条件下,该羟基化反应对反应物苯、氧化剂过氧化氢和催化剂用量都是一级反应,反应的活化能为24.41 kJ/mol。