微通道反应器中Cu_Ce_Zr_O催化剂催化氧化去除富氢气体中CO的研究

《微通道反应器中Cu_Ce_Zr_O催化剂催化氧化去除富氢气体中CO的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、40天然气化工2009年第34卷微通道反应器中Cu-Ce-Zr-O催化剂催化氧化去除富氢气体中CO的研究*曹天军，董新法，唐海玲，林维明(华南理工大学化学与化工学院，广东广州510640)摘要：利用溶胶-凝胶法制备Cu-Ce-Ze-O催化剂并将其负载于微通道反应器内，用于富氢气体中CO的选择性氧化。考察了Zr的掺杂量、焙烧温度以及催化剂预处理对催化剂性能的影响，并确定反应的最佳空速。结果表明，Cu1Zr2Ce9Oδ催化剂催化作用下，在反应温度180℃～240℃，CO转化率达99%以上；在温度210℃～230℃内，产品气中φ(CO)降到10×10-6以下。与新鲜催化剂相比，经H2处理后的催化

2、剂反应性能有了较大的提高，且低温活性较好。空速的增加有利于反应的选择性提高。关键词：富氢气体；微通道反应器；一氧化碳选择性氧化；催化剂中图分类号：O643.3文献标识码：A文章编号：1001-9219(2009)-02-40-05近年来，质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于低CuO催化剂，特别是Cu-Zr-Ce-O催化剂前驱体溶液排放或零排放、启动方便、比功率大、工作条件温的中Zr的掺杂量、焙烧温度、空速、催化剂预处理和、无电解质流失、水易排出、寿命长等特点备受关等因素对催化剂性能的影响。[1]注，将其应用于汽车动力源将有助于减轻汽车尾气1实验部分对环境的污染以及缓解世界对化石燃料的依赖。

3、然而甲醇重整得到的富氢气体中φ(CO)≈0.5%～2%[2]，1.1微通道反应器CO强烈地吸附在燃料电池阳极催化剂Pt/C上，大微通道采用电火花法加工，材料为不锈钢。图1大降低了电池性能。因此，富氢气体中φ(CO)必须控为单片反应板，图2为装配的微反应器。每片反应制在100×10-6以内[3]。选择性氧化法是去除富氢气板含有28条微通道，通道尺寸为：长×宽×深=体中少量CO的最有效的方法之一。30mm×0.5mm×0.3mm，通道总横截面积及容量分别23微通道反应器是一类含有当量直径小于为：4.5mm，126mm。反应器由四根螺栓进行紧固，500μm流体通道的反应器[4]，微通道的当量直径

4、数反应板与两片盖板之间由石墨片进行密封，通过四量级为微米，其间流体流动的雷诺准数通常在几十根电热棒对反应器进行加热，通过AI-708型控温仪到几百之间，黏滞力比惯性力大，流体为层流流动，对反应温度进行控制。因而流体热传导和扩散传质阻力大大减小，传热传[5]质的速率大大增加。据报道，微通道反应器的传热2系数高达35000W/(m·K)，而常规反应器的仅有22[6]100W/(m·K)～700W/(m·K)。其高的传质、传热系数决定了微反通道应器具有温度易于控制、反应器体积小、转化率和收率高及安全性能好等一系列超越传统反应器的独特的优越性，因而在化学合成、化学动力[7,8]学研究和工艺开发等领

5、域具有广阔的应用前景。本文利用微通道反应器，考察了以稀土促进的收稿日期：2007-10-08；基金项目：国家自然科学基金(20576023)，广东省自然科学基金(06025660)；作者简介：曹图1单片微通道反应板天军(1983-)，男，硕士生；*联系人：董新法(1964-)，男，教授，电话020-87110659，电邮cexfdong@scut.edu.cn。Fig.1Asinglesheetofreactingboard第2期曹天军等：微通道反应器中Cu-Ce-Zr-O催化剂催化氧化去除富氢气体中CO的研究41片反应板上催化剂负载量约为30mg。反应气体近似按照甲醇重整气成份配成混合气

6、（φ：74%H2，25%CO2，1%CO），流量40ml/min，氧气量以λ（=2PO2/PCO）表示。反应前后气体的组成采用HP1490气相色谱进行分析，填充柱为TDX-01；当气体中CO的含量降至色谱检测限以下时，用红外线CO分析仪检测CO的浓度。催化剂的性能通过CO的转化率（XCO）以及选择性（S）进行评价。图2微通道反应器Fig.2Wellassembledmicro-reactor1.2催化剂溶胶的制备和涂布按一定比例分别称取硝酸亚铈、硝酸铜、氧氯式中：Cin，Cout分别为进口和出口处组分的浓度。化锆溶于一定量水中配成混合溶液A，取2倍于金2结果与讨论属总物质的量的尿素溶于一定

7、量水中配成溶液B，在剧烈搅拌下将溶液A和溶液B混合，然后用2.1不同Zr掺杂量的催化剂活性比较1mol/L氨水调节pH为2.0，室温下继续搅拌0.5h不同Zr含量的Cu-Ce-Zr-O催化剂对CO选择[9]后静置得到催化剂溶胶。性氧化的性能如图4（a）所示。Zr的掺杂量对催化剂在不锈钢反应片上负载一层γ-Al2O3涂层以防的活性有一定的影响，当n(Zr)/n(Cu)=2时，制备的[6]止基体腐蚀，同时增强催化剂层在微通道