一步法制備硼氫化鈉水解制氫CO-基催化劑的研究.pdf

1、隨著化石能源的日益枯竭和環境污染的不斷加重，可持續清潔能源-氫氣的開發受到世界各國的高度關注。氫能是未來的理想能源，可以通過燃燒得到熱能，同時也可作為燃料電池原料轉化為電能。然而氫氣在儲存和運輸方面的不便，使其在燃料電池方面的應用受到很大的限制。硼氫化鈉水解制氫技術由于其供給速率快、生產純度高、釋放條件溫和、產物對環境無污染等優點引起國內外研究者的廣泛關注。
　　催化劑的制備是硼氫化鈉溶液發生水解制氫反應的核心技術。相比于貴金屬催

2、化劑的價格昂貴、儲量有限等缺點，非貴金屬Co-基催化劑以其優良的性能，成為近幾年來研究的熱點。催化劑的催化性能不僅與催化劑的基本組成有關，還與催化劑的形態結構緊密相關，而催化劑的制備方法正是造成其結構差異的主要原因之一。因此，針對國內外Co-基催化劑的制備需求，尋求制備方法簡單、價格低廉且性能高效的Co-基催化劑是當前需要解決的關鍵問題。本文采用一步法簡單、高效制備了玉米秸稈活性炭Co-基制氫催化劑。玉米秸稈活性炭的活化過程與催化劑的高

3、溫焙燒過程相結合，一方面減少單元操作，節省焙燒過程能耗;另一方面增強了載體與活性組分之間的相互作用，使催化劑的催化活性得以改善。主要研究內容和研究結果如下:
　　1、通過一步法制備了玉米秸稈活性炭Co-基制氫催化劑，考察了其催化硼氫化鈉溶液水解反應的產氫性能，優化了一步法制備工藝條件（炭化溫度、炭化時間、活化溫度、活化時間），并考察了催化劑的穩定性。研究結果表明，炭化-活化相結合的制備工藝使得Co-基催化劑催化硼氫化鈉的產氫性能改

4、善。所述催化劑的最佳制備工藝為:400℃炭化1h，800℃活化2h，平均產氫速率為1715.2mL·min-1·g-1，瞬時產氫速率最高達2952 mL·min-1·g-1。經11次循環使用后，催化活性仍保持初始活性的51％，具有較高的循環穩定性，可循環用于硼氫化鈉水解制氫。
　　2、通過一步法引入助劑Fe和Mn元素制備成雙組分催化劑，并對引入其助劑的作用方式進行了探討分析。結果表明:(1)添加Fe、Mn后，催化劑的平均產氫速率均

5、增至1784 mL·min-1·g-1，尤其是Co-Mn/AC催化劑，其瞬時產氫速率高達3040 mL·min-1·g-1。(2)助劑Fe、Mn的加入使活性組分在載體表面的團聚現象明顯減少，活性組分鑲嵌到活性炭的孔道內，抑制了活性相的流失。(3)助劑Fe的引入使得在2θ=44.2°處的特征峰向低角度略有偏移，Fe固溶于Co，晶格發生畸變，引起晶格常數的變化，活性點位增多。(4)助劑Mn的引入使得催化劑中活性組分的晶粒尺寸相比于Co、Co

6、-Fe更小，活性組分的尺寸越小，越具有較大的表面原子比和較高的比表面積，從而提高其催化性能。
　　3、對玉米秸稈活性炭Co/AC催化劑催化硼氫化鈉水解體系下的反應動力學進行詳細的分析，得到此催化劑的反應活化能為50.2 kJ·mol-1，其表觀水解產氫速率動力學方程的表達式為:r=Ae-50200/(RT)[catalyst]0.48[NaOH]0.49[NaBH4]1.16當NaBH4的濃度小于10 wt.％;而當NaBH4的濃