负载型金属氧化物在煤制备氢气中的应用及表征

负载型金属氧化物在煤制备氢气中的应用及

表征

作者：张蕾 张磊 舒新前 冉蓉 楼科奇 张立欣

【关键词】 负载型金属氧化物 煤制备氢气

1 引 言

煤热解产生的富氢气体经过富集和纯化，得到的氢气既可作为氢燃料电池或航空航天发动机的燃料，也可以作为化工原料，还可用于改善其它气体燃料的燃烧性能等，用途广泛。所以，用热解煤的方法生产的洁净或改质的燃料，既能减少燃煤造成的环境污染，又能充分利用煤中所含的较高经济价值的化合物，具有保护环境、节能和合理利用煤炭资源的广泛意义。目前，对于煤热解制备氢气相应的催化剂还没有系统的研究。本实验以γ

Al2O3载体负载系列氧化物为

催化剂，对煤热解制备氢气反应进行研究，比较了不同负载型氧化物催化剂对煤热解产生氢气的催化反应活性的差异。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂 D/max仪;ST

2000比表面测定仪;HCT

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2500TTRⅢ型X射线衍射2000气相色

2热重分析仪;SP

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谱仪(北京北分天普仪器技术有限公司)。所用硝酸盐试剂均为分析纯，

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γ

Al2O3(天津化工研究设计院)。

2.2 催化剂的制备 金属氧化物负载型催化剂MXOY/γAl2O3采用等体积浸渍法制备。所需金属氧化物前驱体的量按金属单质含量计算，金属负载量为5%，催化剂的粒度为200目。

2.3 催化剂的表征 采用ST

2000比表面积与孔径测定仪测

定催化剂的比表面积。此仪器采用低温氮气吸附对比法，分别测定标准样品和待测样品氮气吸附量，然后根据标准样品的比表面积计算得到待测样品的比表面积。采用差热天平高温型HCT进行TG

2热重分析仪器

DTA 研究。载气为高纯氮气，升温速率为100 ℃/6 min，

Ⅲ型X射线分析催化剂物相

从室温线性升温至950 ℃。采用TTR

结构，入射光源为Cu靶，将粉末置于载玻片上加压制成片状，扫描范围2θ为10°～70°以及10°～90°，扫描速率8°/min。

2.4 催化剂活性评价 煤热解制备氢气的反应在固定床程序升温热解炉中进行，原料为神华电厂动力煤，元素组成为C 67.07%, H 2.71%和N 0.59%。称取煤样20 g，催化剂添加量为煤样的2%，将两者将通过物理混合的方式充分混合后，放置于热解炉的恒温区，由室温升至950 ℃，加热速率为15 ℃/min，热解气体经过除尘、干燥装置后收集，采用气相色谱法对热解所产生的氢气进行分析。气相色谱仪为经实验室改造成能够检测H2, CH4, CO等气体的专用色谱仪。

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3 结果与讨论

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3.1 催化剂筛选 在不同类型催化剂存在的条件下，热解产生的气体通过气相色谱法分析。在约400 ℃时，NiXOY的催化活性最强，而CoXOY则在800～900 ℃催化活性最强。其它催化剂的催化活性表现一般。为了更好地研究CrXOY, AgXOY, NiXOY和CoXOY对煤热解制氢过程的催化机理以及氧化物的最终形态，分别通过XRD, BET和TG

DTA进行详尽的研究。n

型过渡金属氧化物，如CrO3

型过渡金属

和AgO，在400～700 ℃内，表现出了中温催化性能;p

氧化物，如Co3O4，在 800～950 ℃内，表现出了良好的高温催化性能。

3.2 4种催化剂的比表面积分析 同一载体γ

Al2O3负载的

4种金属氧化物的比表面积变化不大，这是因为用浸渍法制备的负载型催化剂的比表面积与载体相当，所以这4种催化剂与γ

Al2O3为

载体的催化剂的活性差异主要取决于各个催化剂中的活性金属氧化物。

3.3 催化剂的TGγ

DTA分析 对煤粉以及添加了2% CrO3/

Al2O3催化剂的煤粉进行了热重分析。结果表明：添加催化剂前

后，煤热解的TG曲线几乎没有变化，而它们的DTA曲线上皆有两个吸热峰。添加了催化剂后，第一个吸热峰的峰值明显变小，而第二个吸热峰的峰提前，并且峰值也有变小的趋势。添加催化剂有利于氢气

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产生的反应。进一步解释了500～700

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℃内，催化剂CrO3/γ效果

Al2O3对煤热解制备氢气有明显的催化

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