铁铬系变换催化剂沉淀法合成过程的优化

论文摘要

本文采用共沉淀法制备铁铬系变换催化剂,运用微反色谱装置进行活性评价,并通过XRD、TEM、TG/DTA、BET等测试手段进行表征,在关联分析各沉淀过程参数及沉淀物、焙烧后和使用后样品组成织构的基础上,对湿法合成铁铬变换催化剂的制备工艺进行优化。对比考察氧化铬含量与制备方法对铁铬系催化剂活性的影响,实验结果显示当氧化铬含量为8%、封闭系统条件下正加法（母液中滴入碱液）制备的催化剂样品催化活性相对较高。不同反应沉淀终点pH所制备催化剂样品均以γ-Fe2O3晶体为主晶相,无单独铬化合物存在,铬进入晶格替换部分铁,但γ-Fe2O3晶体完整性存在差异。当反应沉淀终点pH处于910之间时,所制备的催化剂活性较高。氧化铬的存在阻碍了颗粒长大,并促进了均匀颗粒的形成,提高了比表面积。使用后样品主晶相均为Fe3O4晶体。适当反应沉淀终点pH,反应溶液中Fe2+离子完全沉淀,催化剂结构稳定,提高了γ-Fe2O3晶体还原成Fe3O4晶体的还原温度,有助于提高催化剂的热稳定性。对反应沉淀过程助剂CrO3的加入方式及熟化过程进行优化的结果表明,碱液滴入CrO3与铁原料配制的混合液进行反应沉淀,经高压水热熟化处理的催化剂样品活性较高。反应沉淀过程中助剂CrO3的加入方式影响了催化剂的内部结构,γ-Fe2O3向Fe3O4还原温度较高的样品具有较高的耐热活性,在一定压力下熟化可以增大催化剂颗粒的均匀性及比表面积。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 变换反应及其催化剂研究状况
• 1.1.1 水煤气变换反应简述
• 1.1.2 变换反应及其催化剂在燃料电池技术中的应用
• 1.1.3 变换催化剂研究进展
• 1.2 铁基高变催化剂的研究进展
• 1.2.1 低水气比铁基高变催化剂的发展状况
• 1.2.2 低铬、无铬铁基高变催化剂的发展状况
• 1.2.3 燃料电池技术对铁基高变催化剂性能的新要求
• 1.3 铁基高变催化剂变换反应机理及各组份的作用
• 1.3.1 变换反应机理
• 1.3.2 铁氧化物的晶体结构描述
• 1.3.3 铁氧化物在催化剂中的作用
• 1.3.4 铬氧化物在催化剂中的作用
• 1.4 湿法合成过程中反应结晶过程简述
• 1.4.1 晶体成核机理
• 1.4.2 晶体生长机理
• 1.4.3 反应结晶过程分析
• 1.5 选题意义及内容
• 第二章 实验设计
• 2.1 主要试剂和仪器
• 2.2 催化剂制备方法
• 2.3 铁铬系变换催化剂制备过程简述
• 2.4 催化剂的活性测试
• 2.4.1 催化剂活性评价方法
• 2.4.2 影响催化剂活性的测试条件及确定
• 2.4.3 催化剂的活性测试条件
• 2.4.4 催化剂活性测试方法
• 2.4.5 催化剂活性测试流程及说明
• 2.5 空白试验
• 2.6 催化剂的表征
• 2.6.1 X-射线粉末衍射分析
• 2.6.2 TEM 电子显微镜表征
• 2.6.3 热重和差热分析
• 2.6.4 TPR 测试
• 2.6.5 比表面积测定
• 2.7 主要研究内容
• 第三章 实验结果与讨论
• 3.1 助剂铬含量优化实验
• 3.2 制备方法的优化
• 3.2.1 开放与封闭系统制备催化剂性能比较
• 3.2.2 正加法与反加法合成催化剂性能比较
• 3.3 反应沉淀终点PH 对催化剂性能的影响
• 3.3.1 不同反应沉淀终点PH 催化剂活性评价
• 3.3.2 不同反应沉淀终点PH 制备催化剂的表征
• 3.3.3 催化剂结构及性能与反应沉淀终点PH 关系的分析与探讨
• 3不同加入方式对催化剂性能的影响'>3.4 反应沉淀过程原料 CrO₃不同加入方式对催化剂性能的影响
• 3不同加入方式催化剂活性评价'>3.4.1 反应沉淀过程原料 CrO₃不同加入方式催化剂活性评价
• 3加入方式催化剂的表征'>3.4.2 反应沉淀过程不同 CrO₃加入方式催化剂的表征
• 3加入方式对催化剂结构及催化性能影响的探讨'>3.4.3 原料 CrO₃加入方式对催化剂结构及催化性能影响的探讨
• 3.5 熟化工艺对催化剂性能的影响
• 3.5.1 不同熟化工艺催化剂活性评价
• 3.5.2 不同熟化工艺催化剂的表征
• 3.5.3 熟化工艺对催化剂结构与性能的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 作者简介