鐵基催化劑上甲烷催化裂解制備高純氫和納米碳材料的研究.pdf

1、本文從甲烷催化裂解反應(yīng)出發(fā)，通過(guò)共沉淀的制備方法，獲得了用于生產(chǎn)高質(zhì)量單壁碳納米管(SWCNTs)的Fe/MgO催化劑。通過(guò)改進(jìn)金屬鹽溶液(Fe(NO3)3,Mg(NO3)2)和堿性沉淀劑(Na2CO3)的混合順序，考察了pH值變化對(duì)共沉淀產(chǎn)物的影響。使用XRD、TG等表征手段，確定了母體的結(jié)構(gòu)組成。表征結(jié)果表明，調(diào)變pH的制備方法得到了具有FeitknechtCompound(FC)結(jié)構(gòu)的母體。母體煅燒后得到的氧化物的XRD和TPR表

2、明由具有FC結(jié)構(gòu)的母體衍生的氧化物具有較強(qiáng)的金屬與載體相互作用(Metalsupportinteraction)。使用乙醇代替水作為溶劑對(duì)母體進(jìn)行洗滌，催化劑孔結(jié)構(gòu)得到改善，比表面積顯著增大。通過(guò)Fe/MgO催化劑的活性測(cè)試確定了最佳的預(yù)還原和反應(yīng)溫度分別為700和800oC。對(duì)甲烷催化裂解制備的碳材料進(jìn)行了高分辨透射電鏡(HRTEM)，熱重(TG)和拉曼光譜的表征(Ramanspectra)。結(jié)果表明，由具有FC結(jié)構(gòu)母體衍生的催化劑上

3、生長(zhǎng)的單壁碳納米管管徑分布集中，形貌規(guī)整，純度較高，并且碳管的石墨化程度也較高。結(jié)合催化劑的表征結(jié)果，對(duì)單壁碳管的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了討論。具有FC結(jié)構(gòu)的母體衍生的氧化物中金屬和載體的相互作用力較強(qiáng)，預(yù)還原后得到了高分散和粒徑分布均一的金屬顆粒，從而生長(zhǎng)出管徑分布均一，形貌較好的單壁碳納米管。
　　通過(guò)改進(jìn)的共沉淀方法，在傳統(tǒng)的Ni-Al催化劑中加入Fe，得到了用于甲烷催化裂解制備高純氫的Ni-Fe-Al雙活性組分催化劑。XRD結(jié)果表明

4、催化劑的母體具有FC結(jié)構(gòu)。對(duì)不同含鐵量的催化劑進(jìn)行了活性評(píng)價(jià)，并且考察了反應(yīng)溫度對(duì)活性的影響。Fe的加入提高了催化劑的活性溫區(qū)，并且有效的改善了催化劑穩(wěn)定性。碳在Fe中的擴(kuò)散系數(shù)比在Ni中的擴(kuò)散系數(shù)大2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，這是穩(wěn)定性提高的主要原因。制備的2Ni-Fe-Al催化劑的壽命超過(guò)200h，在600和650oC反應(yīng)后積碳量分別達(dá)到了746.8和851.3gC/g(Ni+Fe)。HRTEM結(jié)果表明催化劑上生長(zhǎng)的碳材料主要為納米碳纖維和多壁