氫能載體甲基環己烷脫氫催化劑的制備、表征及其性能研究.pdf

1、氫作為一種清潔能源，可緩解化石能源造成的環境污染。未來的氫能經濟主要依賴于安全和低成本的氫氣儲運技術的開發。近幾十年來，人們提出了高壓壓縮、深冷液化、金屬氫化物、碳質材料和液態有機氫化物儲氫（環烷）等諸多儲氫方法。液體有機氫化物儲放氫過程相對其它方法具有環境、經濟、技術和社會優勢。該系統是一個封閉的碳循環體系，可徹底降低有毒氣體排放引起的化學與熱污染；因與現有能源基礎設施兼容，不需大量投資，且經濟分析顯示其可行性很高。以上提到的各方面原

2、因使得液態氫化物儲氫成為未來儲氫技術的最佳選擇。
　　液態有機氫化物儲氫基于可逆的催化加氫脫氫反應，氫氣可通過催化加氫反應儲存在有機載體中，當具有一定能量時，氫氣可通過催化脫氫反應從有機載體中取出，再注入燃料電池產生電能。目前，該催化加氫過程已應用于工業生產過程，而液態有機氫化物的脫氫過程還存在技術瓶頸。文獻報道中此脫氫過程需使用貴金屬催化劑且反應條件較為苛刻，因此有機液體氫化物儲氫技術的大規模應用受到了限制。本文設計和制備了多種

3、非貴金屬催化劑或加入微量的貴金屬催化劑，并以甲基環己烷（MCH）為主反應物來研究它們的脫氫性能。
　　因文獻中報道較多的甲基環己烷脫氫催化劑主要以活性炭、La2O3、ACC（activated carbon cloth）、TiO2、Al2O3等作為載體，以Ti，Cr，Co，Ta，Fe，Mo，W，Ru，Rh，Ir，Ni，Pd和Pt作為環烷脫氫和加氫過程中的催化劑活性組分。貴金屬催化劑，特別是Pt及其雙金屬催化劑Pt-M（M為第二金屬

4、），在環烷脫氫過程中具有很高選擇性，因而引起較廣泛的關注。用納米γ-Al2O3和覆炭氧化鋁載體（CCA）作為載體的報道較少。所以本文使用超聲波輔助手段來制備納米γ-Al2O3和覆炭氧化鋁載體（CCA），制備出的γ-Al2O3比表面積高達350m2/g，平均孔徑達到12.68nm，孔容可達到2.30cc/g。
　　在MCH脫氫過程中，單金屬Ni、Cu、Pt都具備良好的脫氫活性。而Ni做活性組分時，其經濟性較貴金屬Pt要好得多，但MC

5、H脫氫過程為一放熱反應，溫度升高有利于脫氫過程，但高溫下Ni容易團聚，會降低催化劑穩定性。鑒于此，本設計主要討論了在Ni基催化劑中添加Pt或Cu作為第二組分，這樣更有利于脫氫過程的氫解并保持Ni在反應過程中的還原態。用Ni-Pt雙金屬作為活性組分的催化劑在350℃，混合進樣空速252h-1下，可使MCH轉化率達96.99％，且甲苯選擇性達到100%。
　　此外，本論文還采用葡萄糖作為碳源在氧化鋁表面通過高溫熱解制備了覆炭氧化鋁載體

6、（CCA），利用浸漬法制備了不同載體相同活性組分的催化劑Ni/CCA和Ni-Cu/CCA。通過MCH催化脫氫反應對催化劑進行了反應性能評價，同時對Ni-Cu/CCA催化劑催化MCH脫氫反應的條件進行了尋優，結果表明：載體覆炭量10%(wt.)，Ni：Cu=10:1、反應溫度為650 K、MCH進料速率為0.015 mL/min、載氣流速為8 mL/min、反應壓力為0.4 MPa時使用Ni-Cu/CCA，可使得MCH脫氫轉化率達到95.

7、27%，甲苯的選擇性接近100%。本文還考察了Ni-Cu/CCA催化劑的穩定性，發現覆炭氧化鋁為載體的催化劑穩定性性能更好。這可能是載體覆炭后，催化劑表面形成活性組分-碳的結構，它能夠延緩其活性的下降從而保證催化劑的活性維持在較高水平。
　　雖然本設計中所提到到各種催化劑相較于文獻報道的貴金屬催化劑的都較高，但對于使用于車載儲氫系統中脫氫過程，要求釋氫速率都很高，本設計在提高反應速率這一方面尚未作出相應工作，對于用于車載儲氫系統脫