氨分解制氢催化剂的研究进展

氢能作为二次能源在可再生能源和化石能源发展中将发挥重要的桥梁和纽带作用,但其推广应用受限于氢气储存成本高和运输效率低等因素。采用氨作为储氢载体,其储氢密度高、运输技术成熟,方便分布式现场制氢就地供应,避免氢气储运带来的困扰。氨载氢技术推广应用关键在于氨分解催化剂的发展水平。对近年来用于氨分解的Ru基催化剂、非贵金属催化剂、双金属催化剂和氮化物/碳化物催化剂研究进展进行总结,分析了各种催化剂上氨分解的反应机理以及活性金属、载体、助剂和制备方法对催化剂物化性质和催化性能的影响,指出了不同类型催化剂的优势和不足,并对其未来研究方向进行了展望。     

纳米氧化镍的制备及其氨分解制氢性能

以六水合硝酸镍和碳酸氢氨为原料、氨水为调节剂,采用水热沉淀法,在不同老化温度下制备了多孔纳米NiO材料;采用XRD、SEM、TEM和N_2吸附-脱附等方法对催化剂进行了表征,并考察了催化剂在氨分解制氢反应中的性能。实验结果表明,在120℃老化温度下制备的NiO分散性良好,平均粒径10.8 nm、比表面积62.2 m~2/g、孔体积0.112 cm~3/g、孔径4.62 nm。在氨分解制氢反应中,120℃老化的NiO催化剂在700℃下的氢气产率为27.87 mmol/(g·min)、氨转化率为83.25%、计算得出的活化能为55.11kJ/mol,具有良好的催化活性。多孔纳米NiO的合成过程易于操作,无需加入表面活性剂,对环境无污染。     

乙酸水蒸气重整制氢Fe-Ni催化剂的研究

采用浸渍法制备了一系列负载型Fe-Ni催化剂,利用固定床反应器对该系列催化剂在乙酸水蒸气重整制氢反应中的催化性能进行了评价,研究了催化剂中Fe与Ni的摩尔比、载体种类、活性组分负载量、反应温度及液态空速对催化剂性能的影响。实验结果表明,在4种载体(Al_2O_3,ZrO_2,SiO_2,TiO_2)负载的Fe-Ni催化剂中,Fe-Ni/Al_2O_3催化剂表现出最高的活性和选择性;当Fe与Ni的摩尔比为0.25:1、Fe-Ni负载量(摩尔分数)为15%、水与碳摩尔比为7.5:1、液态空速为4.8 h~(-1)、反应温度为350℃时,可使乙酸完全转化,并且反应温度为600℃时H_2选择性高达96.2%。     

甲酸液相分解制氢用负载型金属催化剂的研究进展

甲酸因具有毒性低、易于在室温下运输和储存等优点,被认为是一种很有前途的化学储氢载体,引起了广泛关注。通过调控金属纳米粒子的尺寸、调整载体与金属纳米粒子之间的相互作用以及优化金属纳米粒子的结构,可提高负载型金属催化剂催化甲酸液相分解制氢的性能。介绍了甲酸液相分解制氢的机理,以及负载型金属催化剂催化甲酸液相分解制氢的研究进展,并对今后的发展提出了展望,可为开发高性能甲酸液相分解制氢负载型金属催化剂提供参考。     

制备条件对Ni/Al_2O_3催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢性能的影响

分别采用均匀沉淀法、沉淀法和浸渍法制备了Ni/Al_2O_3催化剂,在常压固定床反应器中评价了Ni/Al_2O_3催化剂在乙醇水蒸气重整制氢反应中的性能;采用X射线衍射和低温N_2物理吸附法对Al_2O_3载体和Ni/Al_2O_3催化剂进行了表征;考察了载体焙烧温度及时间、催化剂制备方法、Ni负载量和催化剂还原时间等制备条件对Ni/Al_2O_3催化剂性能的影响。实验结果表明,以600℃下焙烧2 h的Al_2O_3为载体、采用浸渍法负载质量分数10.0%的Ni、在500℃焙烧1 h且在650℃下还原1 h的Ni/Al_2O_3催化剂的活性和选择性最好。在500℃、重时空速9 6 h~(-1)、水与乙醇的摩尔比为3:1的反应条件下,乙醇转化率达100%,产气速率为83.0 mL/min,H_2选择性为63.6%。     

氨分解催化剂研究进展

氢能作为清洁环保的可再生能源受到全世界的关注。但氢极低的体积能量密度及易燃易爆的特点,给氢气的大规模储运带来困难和危险。氨是一种无碳的氢载体,不仅具有较高的体积和质量能量密度,还有较成熟的储存和运输技术。氨的现场制氢可以解决氢气储存和运输问题,所以氨气储氢正受到人们的广泛关注。氨分解最高效的催化剂是Ru基催化剂,但由于其高昂的价格无法实现大规模应用。在非贵金属基催化剂中,Ni基催化剂的活性最高,且其成本相对较低,被认为十分具有应用潜力。然而,Ru基和Ni基催化体系在活性和稳定性等方面仍存在一些挑战。本文综述了氨分解催化剂的最新研究进展,包括Ru基催化剂、非贵金属Fe基和Ni基催化剂及双金属催化剂等,并对目前文献中的反应机理进行了梳理。     

H_2S分解制氢技术研究进展

H2S分解制氢可充分利用石油化工、煤化工及天然气化工等生产过程中产生的H2S废气,不仅解决环境污染问题,还可避免采用Claus工艺处理H2S废气时氢资源的浪费。对H2S分解制氢的工艺过程和技术进展进行了综述,包括高温热分解法、催化热分解法、超绝热分解法、电化学法、化学法、等离子体法、光化学与光催化法等,分析和阐述了各工艺的特点和优缺点。光催化H2S分解制氢工艺条件缓和,能耗低,可利用丰富、廉价的太阳能资源,是一种有开发前景的工艺路线。     

固定床中甘油催化重整制氢

以白云石为载体,采用共沉淀法制备了一系列Ni基催化剂,选取甘油作为生物质裂解油的模拟物,在固定床反应器中进行甘油重整制氢反应,探索了催化重整制氢反应条件和反应规律。采用XRD和SEM方法对催化剂进行了表征,并通过TG方法分析了催化剂的积碳情况。实验结果表明,在Ni/DM(DM表示白云石)催化剂中添加氧化物MgO或MoO3可提高催化剂的活性,有效降低碳的沉积速率。选择Ni/Mo-MgO-DM催化剂,以气体产物中H2,CO,CH4,CO2的含量为指标,考察了反应温度、水蒸气与甘油中碳的摩尔比(水碳比)和进料空速对甘油重整制氢反应的影响,获得的较佳反应条件为:反应温度650⁷00℃、水碳比8700℃、水碳比8¹0、进料空速2.410、进料空速2.4³.6 h-1。在此条件下,气体产物中H2含量能达到74%(x)以上。     

Sn修饰的Ni/γ-Al_2O_3催化乙二醇液相重整制氢

通过湿浸渍法制备了一系列Ni与Sn摩尔比不同的NiSn/γ-Al2O3催化剂,将该催化剂用于乙二醇液相重整制氢反应。实验结果表明,Ni与Sn摩尔比为42的NiSn-42/γ-Al2O3催化剂表现出最佳的活性和H2选择性,乙二醇转变为气体产物的转化率和H2选择性分别为65.4%和88.4%;Sn的加入使H2选择性大幅提高;随Sn修饰量的增大,催化剂的活性先增加后降低。表征结果显示,适量Sn修饰到Ni/γ-Al2O3催化剂上能促进Ni的分散;NiSn-42/γ-Al2O3催化剂比其他催化剂具有更大的活性比表面积,因此显示出较佳的活性。同时考察了NiSn-42/γ-Al2O3催化剂的稳定性,实验结果表明,NiSn-42/γ-Al2O3催化剂达到稳态时能保持初活性的34%,重整过程中Ni晶粒的长大和团聚是该催化剂失活的主要原因。     

生物质油模拟物水蒸气催化重整制氢

选取乙酸、丙酮、糠醛、苯酚的混合物作为生物质油模拟物,以Ni/MgO为催化剂,在常压、800℃下在固定床管式反应器中进行水蒸气催化重整制氢反应,考察了Ni/MgO催化剂与生物质油模拟物的质量比(R)对反应的影响。实验结果表明,反应稳定后的产气速率随R的增大而增大;气相产物中H2和CO2的摩尔分数和收率随R的增大而增大,CO和CH4的摩尔分数和收率则随R的增大而减小;碳元素选择性和目的产物纯度均随R的增大而增加,当R>6时,目的产物纯度大于99.9%,气相产物中几乎不含有CH4;当R<3时,催化剂上的绝对积碳量随R的增大而增加,当R≥3时,R对催化剂上的绝对积碳量影响不大。     

光催化分解富硼盐湖卤水制氢(Ⅰ)

研究了以四硼酸钾溶液作反应体系,在1%Pt/TiO2光催化剂的作用下光催化分解水制氢的反应,发现该体系能使放氢速率明显提高.进一步研究表明,B4O2-7在该反应体系中是通过物理作用有效的阻止了逆反应的发生,从而使放氢速率得以提高.     

柴油蒸汽重整制氢贵金属催化剂的研究进展

与部分氧化重整、自热重整相比,蒸汽重整相对温和,反应温度低,氢产率高,是柴油制氢的有效技术之一.贵金属催化剂因优异的催化活性在柴油蒸汽重整制氢的应用中备受关注.从催化剂的活性组分、助剂、载体、制备方法及催化剂失活等方面进行综述,指出通过添加助剂和开发制备方法及结合探索贵金属活性组分自身抗失活性质,可明显提高贵金属活性组...     

全氟烃分解反应催化剂的研究进展

对有效消除全氟烃的催化分解法进行了评述,重点对近年来报道的用于全氟烃催化分解的过渡金属改性γ-Al2O3、磷酸盐、磷酸盐改性γ-Al2O3催化剂进行了总结和比较。磷酸盐催化剂的初活性较高,但比表面积较小,反应稳定性欠佳;过渡金属改性γ-Al2O3催化剂表面的铝酸盐保护层在一定程度上抑制了γ-Al2O3转化为惰性物相,稳定性比纯γ-Al2O3催化剂有所提高,但经长时间反应,催化剂表面酸量不断减少,催化活性逐渐下降。相比较而言,磷酸盐改性γ-Al2O3有望成为高活性和高稳定性的全氟烃分解催化剂。     

铜系催化剂上分解制氢反应的原位红外研究

利用原位红外光谱法跟踪研究了铜系催化剂上的甲醇分解制氢反应的反应过程产物,实验结果表明,甲醇在氧化态催化剂上开始分解的温度大约在195℃左右,而在还原态上开始分解的温度为150℃左右.甲醇分解反应过程伴随甲酸甲酯的形成,甲醇分解反应随着温度的增加而增加,甲烷的生成量也随之增加.     

Ni/ZrO_2催化乙醇水蒸气重整制氢

采用化学沉淀法制备了平均粒径分别为58.6nm和11.7nm的ZrO2载体,并采用湿法浸渍负载Ni,制备了负载量(质量分数)为15%的Ni/ZrO2催化剂,分别记为NZ-1和NZ-2催化剂。透射电子显微镜及X射线衍射表征结果显示,NZ-1催化剂的载体与活性组分颗粒间存在一定的团聚现象;而NZ-2催化剂的载体与活性组分颗粒间相互分散情况很好,且颗粒粒径处于同一水平,呈现出新型纳米构筑多功能催化剂的形态。程序升温还原及X射线衍射表征结果显示,两种催化剂的活性组分与载体间都存在一定的相互作用,且这种相互作用随载体粒径的减小而显著增强。在液态空速45h-1、常压、923K的条件下,两种催化剂都可高效催化乙醇水蒸气重整制氢,乙醇转化率为100%。NZ-2催化剂具有更好的催化稳定性,表明这种纳米构筑催化剂在乙醇水蒸气重整制氢中具有良好的应用开发前景。     

复合催化剂Ni-Cu/ZnO-TiO_2催化乙醇水蒸气重整制氢

利用共沉淀法制备了Ni/TiO2,Ni/ZnO,Ni/ZnO-TiO2,Ni-Cu/ZnO-TiO2催化剂,活性组分Ni及Cu含量均为2%(w);对催化剂进行了BET,H2-TPR,XRD,SEM-EDS表征及乙醇水蒸气重整制氢性能评价。实验结果表明,在水与醇摩尔比13、反应温度300～550℃、液态空速23.8 h-1的反应条件下,ZnO及ZnO-TiO2负载的Ni催化剂有较好的催化性能,当反应温度高于450℃时,乙醇转化率均达90%以上。在450～550℃,Ni-Cu/ZnO-TiO2催化剂的氢产率最高、CO选择性较低且稳定性良好,550℃时Ni-Cu/ZnO-TiO2催化剂上最大氢产率为3.49 mol/mol(每mol反应乙醇生产的H2的物质的量)。表征结果显示,Ni/ZnO,Ni/ZnO-TiO2,Ni-Cu/ZnO-TiO2催化剂的活性组分分散良好;采用复合载体ZnO-TiO2及添加第二种活性组分Cu,改善了Ni-Cu/ZnO-TiO2催化剂的性能;反应后4种催化剂上均有丝状炭生成,但未出现明显的烧结与团聚现象。     

沉淀剂对甲烷自热重整制氢Ni基催化剂性能的影响

分别以Na2CO3,NaOH和NH4HCO3作为沉淀剂,在pH值为9的沉淀条件下,采用并流沉淀法制备了Ni-Cu/ZrO2-CeO2-Al2O3催化剂,催化剂中Ni负载质量分数为10%。采用XRD、H2-TPR等方法表征了催化剂的结构及还原性能,并考察了不同沉淀剂对甲烷自热重整制氢Ni基催化剂性能的影响。结果表明,在反应温度为650℃~800℃,采用Na2CO3作为沉淀剂制备的催化剂的催化活性及水煤气变换反应的程度明显高于采用NaOH和NH4HCO3作为沉淀剂制备的催化剂,这是由于采用Na2CO3作为淀剂有利于抑制催化剂中非活性组分NiAl2O4尖晶石的形成并改善了CuO的分散性。     

生物质裂解油模拟物乙酸的催化重整制氢

选取乙酸作为生物质裂解油的模拟物,在600～900℃下进行蒸汽催化重整反应,研究了乙酸在Ni/Al_2O_3、Al_2O_3和Ni催化剂上的蒸汽重整行为。实验结果表明,在Al_2O_3催化剂中加入Ni可显著提高H_2收率,使反应向重整制氢的方向进行;在Ni/Al_2O_3和Al_2O_3催化剂上的乙酸重整反应中,通入蒸汽可提高H_2收率,而在Ni催化剂上的乙酸重整反应中,通入蒸汽对H_2收率影响不大。反应前后催化剂的BET和SEM表征结果显示,反应后催化剂的比表面积和孔体积明显降低,平均孔径增大,说明催化效率降低的原因是积碳覆盖了催化剂表面的活性位,堵塞了催化剂的孔道,特别是堵塞了微孔,导致催化活性逐渐丧失。     

NiO/Ca_2Fe_2O_5催化剂可见光下催化分解水制氢

用溶胶-凝胶方法制备了Ca2Fe2O5,采用浸渍法负载NiO制备了NiO/Ca2Fe2O5催化剂。采用X射线衍射、X射线光电子能谱和紫外-可见光漫反射光谱对催化剂进行了表征。Ca2Fe2O5和NiO/Ca2Fe2O5催化剂对可见光有良好的响应。考察了NiO/Ca2Fe2O5催化剂在可见光下分解水的光催化活性。实验结果表明,负载的NiO可以使光生电子和空穴得到较好的分离;溶液的初始pH对NiO/Ca2Fe2O5催化剂的光催化活性影响显著;NiO/Ca2Fe2O5催化剂光催化分解纯水的氢气生成速率为0.048μmol/(g.h),分解0.272mol/LNaHCO3溶液的氢气生成速率为84.857μmol/(g.h),NaHCO3中的HCO3-促进了光生电子和空穴的分离,从而提高了催化剂的光催化活性。     

氨分解反应纳米镍基催化剂的研究

通过对共沉淀法制备镍基催化剂前驱体的优化处理得到了具有纳米结构的Ni/Al2O3催化剂,并在常压连续微反装置上分别对其氨分解反应活性进行评价。采用BET、XRD、TEM、H2-TPR和NH3-TPSR表征方法对催化剂物化性质进行表征。结果表明,镍基催化剂前驱体优化处理后,提高了催化剂的比表面积、平均孔径,提高了活性组分的分散度和还原度,有效地调变了活性组分与载体之间的相互作用,降低了催化剂表面N原子的脱附温度,最终提高了催化剂的氨分解反应活性。