多孔Ni-,3-Al的制備工藝與催化行為研究.pdf

1、微管反應器作為結(jié)構緊湊且高效，使用酒精或碳氫化合物作為原料的氫氣生產(chǎn)系統(tǒng)引起了研究人員的高度重視，比起傳統(tǒng)反應器來，這種反應器有高的表面積-體積比，高的熱導率和高的質(zhì)量遷移。金屬間化合物Ni3Al是一種性能良好的高溫結(jié)構材料，比不銹鋼優(yōu)異的耐熱性能，有著十分廣闊的應用前景。本論文，開展了Ni3Al多孔材料研究。通過粉末冶金反應燒結(jié)方法，改變造孔劑的含量，調(diào)整燒結(jié)溫度和時間，優(yōu)化了Ni3Al多孔材料的制備工藝。在Ni、Al元素粉末中添加N

2、aCl造孔劑，改變造孔劑的含量，研究了其對材料密度和孔隙度的影響，并對Ni-Al反應機理進行了研究，推導出燒結(jié)樣品密度隨NaCl添加量變化的預測公式。通過XRD、SEM、HRTEM等現(xiàn)代材料分析技術分析了材料的相組成和顯微結(jié)構。獲得以下主要結(jié)論： 1. Ni3Al的多孔結(jié)構主要是依賴于在高溫時，作為造孔劑的NaCl在真空狀態(tài)下從材料中揮發(fā)后而形成。通過NaCl顆粒的大小可控制材料中孔隙的大小，所得孔隙形狀與NaCl顆粒的形狀一致

3、。Ni3Al多孔材料的孔隙度隨NaCl添加量的增加而提高，即材料密度隨NaCl添加量的提高而降低，基本呈線性關系。當NaCl的添加量為50％(wt.％)時，得到孔隙分布均勻的多孔Ni3Al材料。 2.從理論上，造孔劑的含量對多孔Ni3Al孔隙度的影響，可由下述方程描述。在實驗中，且在特定的工藝條件下，當采用工藝條件為壓制壓力為600MPa，以10℃/min的升溫速率，先在600℃保溫3h，然后在801℃保溫1h，1000℃保溫1

4、h，可獲得多孔NiaAl材料，采用最小二乘法得到多孔Ni3Al的孔隙度θ與NaCl的添加量x之間的關系表達式為1/1-θ=1.2608+3.9235x/1-x。 3.采用甲醇作為碳源，多孔Ni3Al作為催化劑載體，可催化分解制備出碳納米管。當反應溫度為600℃時，能使催化劑具有較高的活性同時催化裂解甲醇的速率也較快，產(chǎn)生的碳納米管的數(shù)量較多。隨催化時間的增加，納米碳管的產(chǎn)量增加，當催化時間達到24h，碳納米管的產(chǎn)量達到最大值。經(jīng)

5、高分辨透射電鏡(HRTEM)分析表明生成的碳納米管為多壁碳納米管，管壁約為35層。 4.多孔Ni3Al材料中生長碳納米管的可能的生長機理為：在甲醇催化分解的過程中，納米的Ni顆粒的形成是由于表面的選擇氧化作用，在Ni3Al表面生成納米的Ni顆粒，或由于反應不完全而殘留下的納米的Ni顆粒。甲醇在600℃時能分解出游離的碳原子，游離的碳原子以納米的Ni顆粒為基體，生長出碳納米管，碳納米管在多孔Ni3Al材料孔隙內(nèi)部生長，在多孔Ni3