Fe/CeO_2催化剂的制备及其水煤气变换反应性能研究

【摘要】： 本论文制备了铁基无铬系列Fe/CeO2催化剂，用于高温水煤气变换（WGS）反应，考察了制备方法和制备条件的影响，以XRD、BET、ICP、TPR等手段对催化剂进行了表征，关联表征结果与催化性能之间的关系。得到的主要结论如下：比较了共沉淀法、柠檬酸络合法以及浸渍法制备的10wt%Fe/CeO2催化剂，结果表明以NaOH作为沉淀剂共沉淀法制备的10%wtFe/CeO2催化剂具有最高的CO转化率，在60000 cm3·gcat-1·h-1空速下550℃可以达到86%。 考察以NaOH作为沉淀剂共沉淀法制备的Fe/CeO2催化剂中铁含量的影响时发现当铁含量为10%时制备的Fe/CeO2催化剂具有最高的CO转化率，且发现铁进入了氧化铈的晶格，形成了铁铈固溶体，提高了催化剂的氧活动能力和催化活性。不同pH值条件下制备的10%wtFe/CeO2催化剂活性存在明显地差别，当pH=9时制备的催化剂的活性是最高的。在研究中发现随着pH值的升高，对应催化剂的CeO2晶粒也在不断增大。本文也考察了老化时间的影响，分别对老化时间为0 h、16 h、24 h的10%Fe/CeO2催化剂进行了活性测试发现在老化时间为16 h的催化剂活性最高。 焙烧温度对催化剂的活性也有很大的影响，文中分别考察了以NaOH作为沉淀剂共沉淀法制备不同的焙烧温度的10%Fe/CeO2（600℃、700℃、800℃），对其催化剂进行了测试和表征，发现随着焙烧温度的提高，催化剂中的CeO2晶粒不断长大，且对应的催化剂的比表面积逐渐减小，说明发生了CeO2颗粒的烧结。同时XRD表征发现在700℃和800℃条件下焙烧的催化剂可以看到Fe2O3的衍射峰，说明温度升高导致了Fe2O3从铁铈固溶体里面析出，而对应的催化活性恰好验证了这一点，在600℃条件下焙烧4 h的催化剂活性是最高的。考察10%Fe/CeO2催化剂的还原温度和还原时间对性能的影响时发现在400℃还原2 h的催化剂具有最高的催化活性。同时对以NaOH作为沉淀剂共沉淀法制备的10%Fe/CeO2催化剂在60000~240000 cm3·gcat-1·h-1的质量空速下进行活性测试表明：随着空速不断升高，CO转化率有所下降，但是在60000~120000 cm3·gcat-1·h-1的质量空速范围内CO转化率变化不大，催化剂在这一空速范围内表现出良好的活性。 【关键词】：水煤气变换 铁 氧化铈 催化剂
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ544
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 水煤气变换（WGS）反应的研究意义8-9
• 1.2 传统变换反应催化剂概述9-12
• 1.2.1 铁铬系高温变换催化剂9-10
• 1.2.2 铜锌系低温变换催化剂10-11
• 1.2.3 钴钼系宽温变换催化剂11-12
• 1.3 新型变换催化剂简介12-21
• 1.3.1 负载金超微粒子 WGS 催化剂12-13
• 1.3.2 负载钌超微粒子 WGS 催化剂13-14
• 1.3.3 整体式蜂窝状 WGS 催化剂14
• 1.3.4 二氧化铈基水煤气变换反应催化剂研究状况14-19
• 1.3.4.1 二氧化铈的特点14-16
• 1.3.4.2 贵金属/CeO_2基水煤气变换催化剂16-17
• 1.3.4.3 非贵金属/CeO_2基水煤气变换催化剂17-18
• 1.3.4.4 CeO_2基催化剂的水煤气变换反应机理18-19
• 1.3.5 Fe 基无铬系列水煤气变换催化剂研究现状简介19-21
• 1.4 本论文的研究目的、思路和内容21-22
• 1.4.1 本课题研究的目的和思路21
• 1.4.2 工作内容21
• 1.4.3 本课题创新之处21-22
• 第二章 实验装置及方法22-27
• 2.1 实验试剂和仪器22-23
• 2.1.1 实验试剂22
• 2.1.2 实验仪器22-23
• 2.2 催化剂的制备23
• 2.3 催化剂的表征23-24
• 2.3.1 X 射线衍射（XRD）——Co 靶23
• 2.3.2 X 射线衍射（XRD）——Cu 靶23
• 2.3.3 比表面积的测定（BET）23-24
• 2.3.4 程序升温还原（TPR）24
• 2.3.5 催化剂组分含量测定24
• 2.4 催化剂的性能测试24-27
• 2.4.1 催化剂的反应装置24-25
• 2.4.2 水煤气变换反应性能测试25-26
• 2.4.3 平衡转化率的计算26-27
• 第三章 不同制备方法的比较27-35
• 3.1 实验部分27-29
• 3.1.1 共沉淀法制备10wt% Fe/CeO_2 催化剂27-28
• 3.1.2 浸渍法（IM）制备10wt% Fe/CeO_2 催化剂28
• 3.1.2.1 二氧化铈载体的制备28
• 3.1.2.2 浸渍 Fe28
• 3.1.3 柠檬酸络合法制备10%wt Fe/CeO_2 催化剂28-29
• 3.2 结果与讨论29-34
• 3.2.1 WGS 反应性能30-32
• 3.2.1.1 沉淀剂的影响30-31
• 3.2.1.2 浸渍法和柠檬酸络合法以及共沉淀法 WGS 性能比较31-32
• 3.2.2 不同方法制备的催化剂的表征结果与分析32-34
• 3.2.2.1 XRD 表征与分析32-33
• 3.2.2.2 TPR 表征与分析33-34
• 3.3 小结34-35
• 第四章 NaOH作沉淀剂共沉淀法合成 Fe/CeO_2催化剂的研究35-53
• 4.1 铁含量的影响35-38
• 4.1.1 WGS 反应性能35-36
• 4.1.2 XRD 表征与分析36-37
• 4.1.3 TPR 表征与分析37-38
• 4.2 pH 值对催化剂结构和性能的影响38-41
• 4.2.1 WGS 反应性能38-39
• 4.2.2 XRD 表征与分析39-40
• 4.2.3 TPR 表征与分析40-41
• 4.3 老化时间对催化剂性能的影响41-43
• 4.3.1 WGS 反应性能41-42
• 4.3.2 TPR 表征42-43
• 4.4 焙烧温度对催化剂结构和性能的影响43-46
• 4.4.1 WGS 反应性能43-44
• 4.4.2 XRD 表征与分析44-45
• 4.4.3 BET 表征与分析45
• 4.4.4 TPR 表征与分析45-46
• 4.5 沉淀剂（NaOH）浓度和制备温度对催化剂性能的影响46-48
• 4.5.1 沉淀剂（NaOH）浓度对催化剂性能的影响46-47
• 4.5.2 制备温度对催化剂性能的影响47-48
• 4.6 还原温度和还原时间对性能的影响48-50
• 4.7 空速的影响50-51
• 4.8 小结51-53
• 第五章 结论53-55
• 参考文献55-62
• 致谢62

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