探究甲醇水蒸气重整制取燃料电池用氢催化剂研究

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1、南京工业大学硕士学位论文甲醇水蒸气重整制取燃料电池用氢催化剂研究姓名：石国军申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：崔群20050101南京工业大学学位论文独创性声明及使用授权的声明一、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致埘的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我～刊工作的同志对本研究所做的任何贞献均已在沦文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名二、关于学位论

2、文使用授权的声明南京工业大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社及清华同方光盘股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档．可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权南京[业大学研究生部办理。研究生签名：匀咝鲤导师签名日期：乒以、莎摘要随着化石资源的日渐枯竭和环境污染的加剧，氧能变得越来越重要。氧能的利用主要包括了氢气的制备、净化和使用。甲醇制氢具有资源广、条件温和

3、等优点，适用于移动氢源的制备。其中，水蒸气重整制氢因具有产率高、一氧化碳含量低等特点，被认为是最有希望用于车载质子交换膜燃料电池氢源的制备方法。甲醇水蒸’‘重整制氢催化剂是燃料甲醇电池的核心技术之一。日前用于研究甲醇水蒸气重整制取燃料电池用氢的催化剂主要有：贵金属催化剂和铜系催化剂，前者催化性能较好，但价格昂贵，后者有着较好的低温活性和选择性，但稳定性较差，抗毒能力低。远不能满足质了交换膜燃料电池氢源对催化剂的要求。本研究采用稀土元素铈对Cu—ZnO／At203催化剂进行改性，制备具有良好的低温活性、选择性和稳定性的Cu—ZnO．Ce02／

4、A1203僻化剂。在常压固定床反应装置上对自制催化剂的催化性能进行了评价：对自制催化剂较为适宜的组成、制备方法和活化方法进行了实验研究；采用现代仪器分折手段对催化刺结构进{j‘了表征。主要研究结果如下：1．采用不同方法制备的Cu．ZnO／A1203催化剂用于甲醇水蒸，t重整反应，考察制番方法对催化剂性能的影响。并流共沉淀法制备的催化剂性能优于均匀沉淀和热分解法制备的催化剂。2．采用并流共沉淀法制各了一系列Cu—ZnO／A1203催化剂。其中，当铜锌原子质量百分比约为1：1、铝的原子质量百分含量存5～10％时，催化剂具有良好的催化性能。如：自

5、制催化剂Cu45Zn45A110用于甲醇水蒸气重整反应，在220。C时，甲醇转化率达到9051％，．二氧化碳选择性97．77％，产品氨气中一氧化碳的含量为O．56％(干基)；在240℃时，甲醇转化率达到100％。3，研究了Cu—ZnO／A1203催化剂的活化方法。适宜的焙烧温度为500℃；合适的还原气氛为甲醇和水的混合气体。4．稀土元素铘改性的Cu—ZnO／A1203催化剂的低温活性得到提高，铈含最为5^一20％(原予质量百分比数)。自制Cu36Zn36A18Ce20催化剂较适宜的：r艺条件是：反应温度230～250℃、水醇比l～1．4、液

6、体空速(WHSV)1．5～2．511～。5．自制Ctul275zm275A195Ce5催化剂在250。C、经过100小时稳定性实验转化率保持在90％，产品氢气中一氧化碳的含量为0．2％(二f基)；基本能满足了车载甲醇燃料电池制氢的要求。6．通过TG—DTA、ICP、XRD、SEM、EDX等手段对不同组成．不同制备方注制备和／li同条件活化的催化剂结构进行表征。铈改性作用主要是改善铜在催化剂表面的分散，阻止铜颗粒的团聚和烧结，保持反应过程中活性物种的稳定性。关键词甲醇氢气水蒸气重整铜基催化剂铈故性Cu．ZnO／A120，催化剂燃料电池——一垒

7、!!!坠旦——ABSTRACTWithlessandlessfossilfuelontheearthandenvironmentdeteriorating，hydrogenenergybecomesmoreandmoreimportant．Utilizationofhydrogenenergymainlyincludesproduction，purificaionanduseofhydrogen．Becauseofwildsourceandgentlereactioncondition，hydrogenproductionfrommetha

8、nolissuitabletothepreparationofportablehydrogen．Comparedwithotherpreparationmethod．hydrog