Ni/氧化金刚石催化裂解甲烷制氢技术研究

通过在TG上程序升温催化裂解甲烷实验,研究了不同Ni负载量的氧化金刚石催化剂对甲烷催化活性的影响.研究表明,Ni负载量越多,催化剂催化活性越高.氧化金刚石作载体的Ni基催化剂在550℃的温度条件下,甲烷催化裂解效率较高,80 min内甲烷转化率维持在7%以上;空速对甲烷转化率影响较大,空速越快,转化率越低.指出氧化金刚石将是一种有效的催化剂载体材料.     

甲烷催化裂解技术研究进展

甲烷催化裂解技术因在适当的吸热过程中裂解只生成碳和氢气而在制备高纯氢气和性能优异的碳纳米管以及ITER(国际热核聚变实验堆)废气处理系统中裂解氚、氘代甲烷以回收其中的氚和氘等方面具有十分重要的意义。介绍了甲烷催化裂解反应机理,阐述了甲烷裂解催化剂的制备方法、催化剂性能的影响因素以及催化剂的失活与再生,指出焙烧温度、活性金属、载体和反应温度对催化剂性能有重要影响,讨论了甲烷催化裂解反应中存在的问题。     

Ni-La-Mg上催化裂解甲烷生成碳纳米管的研究

采用气相沉积法催化合成碳纳米管，研究了反应条件及镍基催化剂中镧(La)的加入对合成碳纳米管的影响，并用TEM，XRD，BET表，正其形貌和结晶度，实验结果表明：Ni—La—Mg(摩尔比为1：0．1：1)催化剂在600℃反应60min时表现出最佳活性，镍基催化剂中加入La后，能使所合成的碳纳米管管径更细，石墨化程度更高，热稳定性更好．     

甲醇作为储氢介质及其催化裂解制氢

叙述了氢的主要来源及其应用，重点说明甲醇作为一种化学储氢介质可以满足氢在许多方面的应用，特别是在甲醇燃料车和燃料电池上。甲醇催化裂解是甲醇改质制氢的方式之一，我们对此进行了较为深入的研究，其中所研制的一种烯土金属氧化物（REO）改性氧化铝担载贵金属钯催化剂具有较好的性能。在常压、250℃和甲醇进料空速为2.0h^-1条件下，甲醇转化率达到95%以上，并具有较高的CO和H2选择性。100h稳定实验和450h苛刻条件实验表明催化剂具有较高的稳定性和较强的适应性。     

光催化裂解水制氢的研究进展

在当今化石燃料资源匮乏、环境污染问题十分突出的大背景下。在新能源领域中,氢能以高效、经济、环境友好等优势已普遍被认为是一种理想的新能源。概述了光催化直接裂解水制氢的机理,概括了传统光催化剂TiO2的各种改性研究的发展状况,介绍了新型光催化剂的发展状况和研究进展。     

催化裂解甲烷制备一维纳米网状碳材料

通过沉淀法和相转移法的结合制备的纳米催化剂。采用该催化剂催化裂解甲烷反应制备出了一维纳米网状碳材料，此类碳材料的比表面积为286m^2/g。预计该材料具有良好的储氢、吸附性能。     

甲烷完全催化氧化研究进展

甲烷是对全球温升贡献仅次于二氧化碳的温室气体,且其全球增温潜势是CO₂的80倍以上。在全球变暖和大气中甲烷含量不断增长的背景下,完全催化氧化大气甲烷对于减缓温室效应和全球变暖具有重要价值。然而,由于甲烷具有较高的结构稳定性,在温和条件下将其催化氧化一直面临巨大的挑战。本文综述了近年来甲烷完全氧化在热催化、光催化以及光热协同催化三种反应条件下的研究进展,热催化中高温增大了能耗并加速了催化剂的失活,开发低温反应条件下的催化剂已经成为甲烷完全热催化的重点;光催化提供了一种常温常压条件下利用光能氧化甲烷的方法,但是相对热催化来说反应速率较低;光热协同催化在光能和热能的协同作用下,可实现温和条件下的甲烷高效完全催化氧化,表现出潜在的应用前景。本文就三种反应催化剂的发展进行综述,系统分析了不同反应的原理,以及不同反应条件下甲烷完全催化氧化的优势与不足,同时总结了催化氧化甲烷所面临的挑战,并提供潜在的解决方案,期望为今后的甲烷氧化研究提供借鉴。     

La掺杂Ni-SiO2催化剂催化裂解甲烷制备氢气和碳纤维

采用浸渍法制备了不同La掺杂量的Ni-SiO2催化剂,研究了La掺杂量对Ni-SiO2催化剂的Ni活性金属粒径、还原性能、甲烷催化裂解寿命以及反应后生成碳纤维的影响.结果表明:La、Ni物质的量比由0增长至0.3时,Ni-SiO2催化剂的寿命显著提高,而当La、Ni物质的量比由0.3增长至0.6时,催化剂寿命在一定程度上略有降低;La、Ni物质的量比由0增长至0.6时,还原后催化剂Ni金属的平均粒径从26.43nm不断降低至10.57nm.不同La掺杂量Ni-SiO2催化剂甲烷催化裂解过程中Ni金属平均粒径变化趋势明显不同,n(La)∶n(Ni) =0的Ni-SiO2催化剂随反应进行Ni金属平均粒径不断降低,而n(La)∶n(Ni)=0.3的Ni-SiO2催化剂随反应进行Ni金属平均粒径则不断升高.碳纤维形态受掺La掺杂量影响较大,随La、Ni物质的量比由0增长至0.3,反应过程中生成的碳纤维管径变粗,而随La、Ni物质的量比由0.3增长至0.6,碳纤维变短.     

Ni/Rh催化剂下微通道甲烷自热重整制氢特性研究

针对微细通道内甲烷自热重整反应,采用活性位浓度比为10∶1的Ni/Rh催化剂建立了数学物理模型,通过数值模拟方法研究了绝热工况下温度、流量、氧碳比及水碳比等因素对催化重整特性的影响规律。结果表明:催化反应的温度阈值为750K,当温度超过750K时甲烷转化率迅速升高;在纯氧条件下随着甲烷流量的增大,制氢功率增大,而在空气条件下制氢功率减小;随着氧碳比的增加,甲烷的转化率升高,制氢功率先增大后逐渐减小;随着水碳比的增加,甲烷转化率降低;当入口反应气中氧碳比控制在0.5以下、水碳比为3.5且入口温度为900K时,可实现微通道内甲烷催化重整的高效转化。     

电弧等离子体法裂解甲烷制备碳纳米管

利用电弧等离子体法以Co2O3为催化剂裂解甲烷制备得到了碳纳米管.所得固相产物进行了扫描电镜(SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)分析表征.结果表明:固相产物中形成的碳纳米管纯度较高,直径在50～90nm之间,并发现了一种特殊的管壁厚度不均,呈厚-薄-厚形态的碳纳米管.     

Effect of Rough-Surfaced Diamond Content on the Microstructure,Tribological Behavior,and Corrosion Resistance of Ni/Diamond Composite Coatings

This study fabricates certain Ni/diamond composite coatings using a coelectrodeposition method and then evaluates the effect of diamond content on the morphology, phase structure, microhardness, wear, and corrosion resistance of such coatings, while exploring their tribological and anticorrosion mechanisms. It is demonstrated that the addition of diamond can change the preferred orientation of Ni from (200) to (111), and its texture coefficient value can be boosted from 23.3% to 64.4% with the increase of diamond content. In the experiment, at a diamond content of 3 g L⁻¹, the deposited diamond particles are more and evenly dispersed across the composite, with the microhardness of nickel-based coatings reaching an optimum value of 613 HV. In addition, the coefficient of friction is reduced to a minimum value of 0.627, while the wear rate is kept at only 1.79 × 10⁻⁵ mm³ Nm⁻¹, indicating a high wear resistance. Electrochemical test results demonstrate that the Ni/diamond composite coatings produced at 3 g L⁻¹ create the maximum charge transfer resistance (5429.3 Ω cm²) and the minimum corrosion current density (2.19 μA cm⁻²), features that can deliver the best corrosion resistance.     

纳米金刚石复合镀层制备工艺的研究

纳米金刚石复合镀层具有金刚石和纳米颗粒的双重特性,应用前景广阔.采用复合电镀法制备了Ni-纳米金刚石复合镀层,考察了阴极电流密度、镀液pH值以及搅拌强度对纳米复合镀层显微硬度的影响,并分析了Ni-纳米金刚石复合镀层的共沉积过程.结果表明,选择适当的共沉积工艺参数,可以制备出同底材结合牢固,金刚石微粒弥散较均匀的高硬度纳米复合镀层,基质Ni中金刚石粒子的含量与镀面的机械俘获粒子的能力有关.     

氧化淀粉基复合材料的制备及力学性能

为提高淀粉基复合材料的力学性能,采用对原生淀粉进行氧化改性,通过模压发泡工艺制备了氧化淀粉基复合材料(OS复合材料)。力学测试结果表明,OS复合材料在力学性能方面有很大程度的提升,且最佳氧化比为m(淀粉)∶m(H_2O_2)=10∶1.5。此时拉伸强度为3.05 MPa,压缩强度6.724 MPa,与原生淀粉基复合材料相比分别提高21.03%、14.65%,缓冲性能最佳;其压缩强度明显优于聚苯乙烯发泡塑料(EPS),缓冲系数与EPS接近。为揭示性能变化的内在机理,通过红外光谱分析发现,氧化过程使得淀粉内部官能基团改变,形成更强的氢键,与剑麻纤维的结合更紧固;通过X射线衍射分析得到,淀粉氧化改性后,结晶度降低,内部形成更均匀的相,裸露的支链增多,其与剑麻纤维结合得更好。为探究复合材料的界面结合情况,采用扫描电镜观察,图像显示OS复合材料内部生成了较好的泡孔结构,并且其淀粉基质均匀地附着在纤维的表面,淀粉和纤维形成了很好的结合。     

Ni对金刚石磨具陶瓷结合剂性能的影响

采用粉末冶金法制备了不同Ni含量的金刚石磨具陶瓷结合剂。通过SEM、EDS、XRD、TG-DSC、三点弯曲等分析方法对含Ni陶瓷结合剂的微观结构、结合界面、氧化性能以及抗折强度等性能进行分析,同时研究了含Ni陶瓷结合剂对金刚石润湿性的影响。结果表明,在实验范围内,Ni的加入对陶瓷结合剂耐火度及流动性影响不大,但降低了结合剂的烧成收缩;750℃烧成时,Ni与陶瓷结合剂界面结合紧密,界面形成合金化结合,提高了结合强度,抗折强度随着Ni的加入量先升高后降低,当Ni含量为15%(质量分数,下同)时达到最大值62.8MPa,较基础陶瓷结合剂提高了19.41%;Ni的加入能够改善高温状态下陶瓷结合剂对金刚石的润湿性,当Ni添加量为15%时,陶瓷结合剂对金刚石的润湿角为64°,比未添加Ni时的润湿角(84.5°)减小了24.3%。     

镍基底上生长CNx纳米管薄膜的研究

以乙二胺为前驱液，采用高温热解法，860。C下在镍基底表面生长CNx纳米管薄膜．研究了经过不同实验条件处理过的镍基底表面的CNx纳米管的生长情况．实验结果表明，经过不同的预处理过程后，镍基底对CNx纳米管的生长表现出不同的催化性能，经过氢氟酸(HF)浸泡10min并无水乙醇超声清洗过的镍基底有利于具有“竹节状”结构的CNx纳米管的生长．     

甲烷在Ni/Al2O3催化剂上积碳与失活行为研究

采用浸渍法制备Ni/Al2O3催化剂,研究反应条件对甲烷裂解生成碳产物形貌的影响和催化剂的失活机制.结果表明:在40Ni/Al2O3催化剂上碳生成物的沉积形式均呈纤维状结构,反应温度越高、空速越大,碳纤维的直径越小;碳在金属颗粒体相中的扩散是碳纳米纤维生长过程的速率控制步骤,当碳的生成速率低于碳在Ni中的体相扩散和迁移速率,生成的炭以纤维状结构生长.     

Ni/AC膜电极-铝合金储氢电池的研究

采用化学还原法制备了以椰壳活性炭(AC)为载体的Ni/AC电催化剂. 将Ni/AC电催化剂制作成膜电极, 与铝合金一起组成了一种全新概念的高效、安全、廉价的Ni/AC膜电极-铝合金储氢电池. 运用SEM和XRD 对Ni/AC电催化剂的形貌和结构进行了分析, 通过稳态极化曲线研究了Ni/AC膜电极在中性电解液中的电催化活性, 将Ni/AC膜电极与铝合金组装成的模拟电池进行了恒流放电实验以研究其产氢量和放电性能. 结果表明, 镍在活性炭上的负载量为50%时, 活性炭上沉积的镍颗粒最小; 采用镍负载量为50%的Ni/AC电催化剂的Ni/AC膜电极的电催化活性最高, 将其作为正极的储氢电池不仅放电性能好, 产氢量也大.     

甲烷浓度对CVD金刚石薄膜晶体学生长过程的影响

采用X射线衍射技术、电子背散射衍射技术和扫描电镜分别观察了不同甲烷浓度条件下沉积的CVD自支撑金刚石薄膜的宏观织构、微区晶界分布和表面形貌.研究了金刚石晶体{100}面和{111}面生长的晶体学过程.研究表明,{100}面通过吸附活性基团CH^2- 2,而{111}面通过交替吸附活性基团CH^-3和CH^-3后脱氢堆积碳原子.低甲烷浓度时,{111}面表面能低于{100}面,使{111}面生长略快于{100}面.甲烷浓度升高,动力学作用增强使{100}面生长明显快于{111}面,使金刚石薄膜产生{100}纤维织构;同时显露的{100}面平行于薄膜表面,竞争生长使位于晶体侧面的{111}面由于相互覆盖而减小,形成了不同于单晶体自由生长的薄膜表面形貌组织.