發(fā)布時(shí)間：2020-08-24 08:01

【摘要】：化學(xué)循環(huán)干氣重整(CLDR)作為一種新型的CO2捕集技術(shù),它既可以實(shí)現(xiàn)含碳燃料的高效利用,又可以實(shí)現(xiàn)CO2的廉價(jià)捕集和定向轉(zhuǎn)化。在CLDR系統(tǒng)中,決定其運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵是氧載體,其實(shí)質(zhì)就是氧化還原催化劑。因此,本文就CLDR系統(tǒng)用催化-載氧雙功能材料從微觀結(jié)構(gòu)、氧移動(dòng)能力等方面進(jìn)行探索研究,力圖為開發(fā)出高效高活性的氧載體提供一些科學(xué)依據(jù)。采用共沉淀法制備了鐵基氧化物(Fe2O3/Al2O3)、鈣鈦礦(ABO3)以及鐵基六鋁酸鹽(LaFe3Al9O19)三種不同的氧載體,并且將其焙燒至不同溫度。對不同系列的氧載體通過XRD、BET以及SEM等手段進(jìn)行表征,分析其物化性能。根據(jù)反應(yīng)需要自主設(shè)計(jì)并搭建了一套化學(xué)循環(huán)干氣重整用實(shí)驗(yàn)設(shè)備,并且使用該設(shè)備對所制備的氧載體進(jìn)行活性評價(jià),考察了反應(yīng)過程中甲烷轉(zhuǎn)化率、氫氣選擇性、失去晶格氧后活化C02的能力以及循環(huán)穩(wěn)定性,并與其物化性能進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。研究發(fā)現(xiàn)：對于鐵基氧化物,適度溫度焙燒(900℃～1000℃)的氧載體有較高且穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化活性,高溫焙燒的樣品出現(xiàn)了大面積的嚴(yán)重?zé)Y(jié)從而影響了催化活性。鈣鈦礦樣品雖然其比表面積小,但是無論是反應(yīng)活性還是穩(wěn)定性都優(yōu)于鐵基氧化物,尤其是在循環(huán)實(shí)驗(yàn)中,焙燒溫度為1100℃的鈣鈦礦樣品呈現(xiàn)出了很高的反應(yīng)活性和循環(huán)穩(wěn)定性,其對甲烷的轉(zhuǎn)化率始終保持在60%以上。但是,在多次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦會(huì)出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。相比與鐵基氧化物和鈣鈦礦,鐵基六鋁酸鹽呈現(xiàn)出了良好的活性以及高溫穩(wěn)定性。即使當(dāng)焙燒溫度達(dá)到1200℃時(shí),鐵基六鋁酸鹽依然保持有高的比表面積(10 m2/g),是相同焙燒溫度下鐵基氧化物的3倍。焙燒溫度為1000℃～1100℃的樣品均呈現(xiàn)出高的甲烷轉(zhuǎn)化率和高的氫氣選擇性,在反應(yīng)的前7 min,1000℃的樣品都保持有100%的甲烷轉(zhuǎn)化率。特別地,即使當(dāng)焙燒溫度達(dá)到1200℃,鐵基六鋁酸鹽也呈現(xiàn)出高的氫氣選擇性,在反應(yīng)的10 min內(nèi)就達(dá)到了90%以上。這是由于六鋁酸鹽的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使得其在高溫焙燒下依然含有大量的晶格氧,因此具有良好的反應(yīng)活性。總之,綜合比較抗燒結(jié)能力、反應(yīng)活性以及循環(huán)穩(wěn)定性,鐵基六鋁酸鹽都較鈣鈦礦和鐵基氧化物呈現(xiàn)出了良好的性能。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ426;TB34
【圖文】：

圖２－３裝置實(shí)圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｒｅａｌ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑圖２－３為本人在實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)并搭建的反應(yīng)裝置實(shí)物圖。該套反應(yīng)裝置經(jīng)過調(diào)試逡逑己經(jīng)投入使用，并且穩(wěn)定性較好，反應(yīng)爐最高可程序升溫至ｉｏｏｏ°ｃ，可Ｗ為ｙｘ后考察逡逑反應(yīng)溫度對氧載體活性レッ及選擇性的影響提供一個(gè)保障。逡逑２３逡逑

觀察其電鏡圖片我們可Ｗ看到，鐵基氧化物在巧燒溫度達(dá)到１２００邋°ｃ的時(shí)候出現(xiàn)了逡逑面積的嚴(yán)重?zé)Y(jié)現(xiàn)象，并且通過ＢＥＴ測試可知當(dāng)倍燒溫度達(dá)到１２００邋°Ｃ時(shí)其比表面劇減小至２邋ｍ２／ｇ。由此我們可Ｗ得到結(jié)論：鐵基氧化物作為催化－載氧雙功能材料，

而qi燒溫度為１１００邋°Ｃ、１２００。０樣品的比表面積降至２？７邋ｍ２／ｇ也證實(shí)了此點(diǎn)。逡逑總之，適度溫度（９００°Ｃ￣１０００°Ｃ）qi燒的氧載體保持有較高的甲燒轉(zhuǎn)化率。逡逑在甲q<與氧載體的反應(yīng)過程中，我們還考察了氨氣的選擇性，圖３－４為氨氣的選擇逡逑性圖。逡逑１００邋邐邐逡逑９０邋＿邋—５００作逡逑．７００0Ｃ逡逑８０邋－邐９００°Ｃ邐一＂４逡逑■邐１０００°Ｃ逡逑７０邋－邐１１００0Ｃ邐＾逡逑《６０邋１邐口00。［逡逑栻５。；邋嚴(yán)逡逑Ｉ：；逡逑２。：逡逑Ｑ邐—．邋Ｉ邋？邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．逡逑０邐２邐４邐６邐８邐１０邐１２邐１４邐１６邐１８逡逑Ｔｉｍｅ／ｍｉｎ逡逑圖３－４邋＆的選擇性曲線逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－４邋Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ邋Ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋Ｈｉ逡逑２８逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2802203