负载型Pt基催化剂的制备及其脱氢性能研究

• 作 者: 苗磊
• 出 处: 湘潭大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 甲基环己烷 脱氢 Pt-Fe Pt/Ce-Mg-Al-O 有机氢化物储氢

随着社会的进步和发展,人类对化石燃料需求迅速增大,这种不可再生能源正在逐渐枯竭。氢能因其可循环再生、来源广、清洁无污染等众多优点,被认为是未来最理想的绿色替代能源,所以开发氢能对于解决能源的潜在危机具有非常重要的意义。采用液体有机氢化物储氢可以解决氢能在运输和储存方面的难题。但是脱氢反应是一个在反应过程中容易产生副产物的吸热反应,在脱氢过程中会产生积碳导致催化剂失活。因此,使用简单的工艺流程制备一种价格低廉的催化剂,同时使催化剂具有高转化率、高稳定性、可循环利用等特点,是有机液体氢化物储氢技术工业化应用的关键所在。使用共沉淀法在恒定pH下制备出Zr-Mg-Al水滑石载体,此载体因为不含有酸性位点,所以具有优良的抗积碳性能,并且其独特的层状结构有利于催化剂中活性组分的分散。利用负载浸渍法在Zr-Mg-Al水滑石载体上负载Pt、Fe,再经过煅烧和还原等处理,制备出Pt-Fe双金属催化剂。在催化剂的制备过程中以共沉淀法制备了Pt-Ce-Mg-Al四金属水滑石,将活性成分直接加入到水滑石中,经过抽滤、煅烧和还原后获得了Pt/Ce-Mg-Al-O催化剂。对本研究中制备的Pt-Fe和Pt/Ce-Mg-Al-O催化剂进行了一系列的表征测试,并根据表征结果进行了分析。在微反装置上进行甲基环己烷的脱氢反应来测试催化剂的脱氢性能。探究了不同的Fe含量、Ce含量、Pt含量、还原温度和反应温度等因素对甲基环己烷释氢速率和稳定性的影响。结果表明:Fe的加入促进了Pt的还原,同时提高了Pt的分散度,使Pt的平均粒径减小。而使用一步法制备的Pt/Ce-Mg-Al-O催化剂,适量CeO₂的存在可以固定Pt粒子,使其具有更小的Pt粒径,且不易团聚,在脱氢反应中具有更高的脱氢活性。两种催化剂都表现出优良的抗积碳性能,因此稳定性很高。由于脱氢反应是一个吸热反应,随着反应温度升高甲基环己烷的转化率逐渐升高。在进料速率为0.1 mL/min,反应温度为350℃,催化剂质量为0.5 g,质量空速为9.48 h^-1时,Pt-Fe-1.6-350催化剂的MCH的转化率为92.6%,释氢速率为1117.5 mmol/g_Pt/min,甲苯选择性为99.9%,并且在16 h内并没有下降的趋势。Pt/Ce₁₄-Mg-Al-O催化剂的甲基环己烷转化率高达98.5%,释氢速率为1358.6 mmol/g_Pt/min,甲苯选择性为99.9%。