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由于Bunsen反应、硫酸分解、碘化氢解反应组成的碘硫(IS)循环制氢被认为是最有前景的制氢方法之一。硫酸催化分解是制约该循环连续稳定运行的关键。该反应是碘硫循环中最难进行的反应,没有催化剂存在且温度低于850℃时下硫酸分解反应基本不会发生;而在如此高的反应温度和强酸性条件下,目前各国学者研究的硫酸分解催化剂都难以保持高效、稳定的活性。因此,研究催化活性高、稳定性好的硫酸分解催化剂具有重要的理论和实际意义。
本文首先采用共沉淀法和浸渍法分别制备了铁酸铜及Pt/SiC两种催化剂,然后利用XRD、TEM、BET、TG—DTA等分析技术对催化剂的结构、形貌、比表面积及热稳定性等进行了表征。在常压固定床反应器上考察了所制催化剂的硫酸分解催化性能。研究结果表明:
1.共沉淀法制备铁酸铜催化剂过程中,干燥方式对所制催化剂的结构与性能具有重要的影响。采用真空冷冻干燥法制备出的铁酸铜与普通干燥法制备出的铁酸铜相比,具有尖晶石结构CuFe2O4纯度高、比表面积大、硫酸分解活性高的优点。
2.经TG—DTA分析表明铁酸铜在试验温度范围内具有较好的热稳定性,这是该催化剂使用的前提条件。铁酸铜寿命实验结果显示,37h内未见活性下降趋势,表明铁酸铜具有一定稳定性。反应温度对铁酸铜催化活性影响较大,在780-880℃范围内发现催化活性是随着温度的提高而提高的。
3.对于Pt/SiC催化剂,铂负载量是影响催化活性的重要因素。催化活性随着负载量的增加而增加,在铂的负载量达到5%时,催化剂表现出较好的催化活性,转化率最高,但继续增加铂负载量时,可能由于铂粒子的团聚使得催化活性反而降低。该催化剂具有较好的稳定性,在反应前74h内催化剂较稳定,催化分解率保持在46%以上,虽然之后有所下降,但最终又稳定在新的平台上,转化率为30%左右也远远大于空白值。
铁酸铜及Pt/SiC两种催化剂在硫酸分解反应中都表现出了较高的初始催化活性和一定的稳定性,本文的研究结果为进一步深入研究相关硫酸分解催化剂提供了实验上的参考和指导。