低浓度甲烷催化燃烧Cu基催化剂的制备及其性能研究

【摘要】：我国煤炭资源储量极为丰富,每年开采量也十分巨大。在煤炭开采过程中,为了减少因煤矿瓦斯而引起矿难的发生,向煤矿巷道中通入大量的空气,将瓦斯稀释后排入大气。排入大气的这部分甲烷数量巨大,不仅造成了资源的极大浪费,而且严重污染环境。因此研究如何合理有效利用低浓度甲烷具有重大意义。目前,低浓度甲烷利用的主要方式是将其进行催化燃烧,以利用其放出的热能。催化燃烧的关键在于寻找经济高效的催化剂,使甲烷在较低温度下能够完全转化。 首先,以γ-Al2O3为载体,采用等体积浸渍法制备了一系列CuO/Al2O3催化剂,考察其低浓度甲烷催化燃烧活性,并通过比表面积测定、X射线衍射、H2程序升温还原等分析手段对催化剂进行表征。其次,以稀土金属、过渡金属以及碱金属中的一种或两种为助剂,对CuO/Al2O3催化剂进行改性,并考察改性后催化剂甲烷催化燃烧活性,通过比表面积测定、X.射线衍射、H2程序升温还原等分析手段对催化剂进行表征。最后,考察了甲烷初始浓度、反应空速、焙烧温度等因素对催化活性的影响。 研究结果表明,CuO/Al2O3催化剂对于甲烷催化燃烧有较好的活性,低温下催化活性随负载量的增加先升高后降低,高温下催化活性随负载量的增加而降低,Cu负载量(质量分数)为10%的催化剂10%CuO/Al2O3低温活性最高。向催化剂10%CuO/Al2O3中加入单金属助剂Ce、Fe、Mn,均能够促进CuO在载体表面的分散,提高催化剂10%CuO/Al2O3的高温活性,但只有过渡金属助剂Mn能够显著提高催化剂10%CuO/Al2O3的低温活性。助剂La的加入能够抑制高温下载体的晶型转变,提高催化剂的高温稳定性。碱金属的加入促进了CuO与载体的相互作用,不利于高分散态CuO的生成,使催化剂活性降低。Mn之间存在协同效应,将稀土金属助剂La和过渡金属助剂Mn同时加入催化剂10%CuO/Al2O3中,能够显著提高催化剂的活性。600℃焙烧条件下制备的催化剂10%Cu-4%Mn-2%La/Al2O3活性最高,甲烷起燃温度可降低至430℃左右,完全转化温度在650℃以下。在催化剂10%Cu-4%Mn-2%La/Al2O3作用下,甲烷转化率随初始浓度和空速的增加而降低,并且高温条件下,甲烷转化率受浓度与空速的影响较小。 【关键词】：低浓度甲烷 催化燃烧 铜基催化剂 助剂
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 文献综述10-22
• 1.1 低浓度甲烷利用现状10-11
• 1.2 催化燃烧11-15
• 1.2.1 催化燃烧的概念12
• 1.2.2 催化燃烧的特点12-13
• 1.2.3 甲烷催化燃烧机理13-15
• 1.3 甲烷催化燃烧催化剂15-21
• 1.3.1 贵金属催化剂15-18
• 1.3.2 非贵金属催化剂18-21
• 1.4 论文研究目的及内容21-22
• 第二章 Cu基催化剂的制备及其在甲烷催化燃烧中的活性评价22-34
• 2.1 实验原料及设备22
• 2.2 催化剂的制备22-24
• 2.3 催化剂活性评价24-26
• 2.3.1 催化反应流程25
• 2.3.2 实验方法和步骤25-26
• 2.3.3 催化剂活性评价指标26
• 2.4 催化剂表征26-27
• 2.5 结果与讨论27-32
• 2.5.1 催化剂焙烧温度的确定27-28
• 2.5.2 Cu负载量对催化剂活性的影响28-29
• 2.5.3 催化剂XRD分析29-31
• 2.5.4 催化剂H_2-TPR分析31-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第三章 单金属助剂对Cu基催化剂活性的影响34-56
• 3.1 实验原料及设备34-35
• 3.2 催化剂的制备35
• 3.3 稀土金属助剂对Cu基催化剂活性的影响35-43
• 3.3.1 助剂La对CuO/Al_2O_3催化剂活性的影响35-39
• 3.3.2 助剂Ce对CuO/Al_2O_3催化剂活性的影响39-43
• 3.4 过渡金属助剂对CuO/Al_2O_3催化剂的影响43-54
• 3.4.1 添加不同过渡金属助剂对催化剂活性的影响43-45
• 3.4.2 助剂Fe对CuO/Al_2O_3催化剂活性的影响45-50
• 3.4.3 助剂Mn对CuO/Al_2O_3催化剂活性的影响50-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第四章 双金属助剂对Cu基催化剂活性的影响56-68
• 4.1 实验原料及设备56-57
• 4.2 催化剂的制备57
• 4.3 助剂Fe-K/Na对CuO/Al_2O_3催化剂活性的影响57-60
• 4.3.1 催化剂甲烷催化燃烧活性评价57-58
• 4.3.2 催化剂XRD分析58-59
• 4.3.3 催化剂H2-TPR分析59-60
• 4.4 助剂Fe-La对CuO/Al_2O_3催化剂活性的影响60-63
• 4.4.1 催化剂甲烷催化燃烧活性评价60-61
• 4.4.2 催化剂XRD分析61-62
• 4.4.3 催化剂H2-TPR分析62-63
• 4.5 助剂Mn-La对CuO/Al_2O_3催化剂活性的影响63-66
• 4.5.1 催化剂甲烷催化燃烧活性评价63-64
• 4.5.2 催化剂XRD分析64-65
• 4.5.3 催化剂H2-TPR分析65-66
• 4.6 本章小结66-68
• 第五章 其他因素对催化剂活性的影响68-74
• 5.1 甲烷初始浓度对催化剂活性的影响68-69
• 5.2 反应空速对催化剂活性的影响69-70
• 5.3 催化剂焙烧温度对活性的影响70-73
• 5.3.1 焙烧温度对催化剂活性的影响70-71
• 5.3.2 催化剂XRD分析71-72
• 5.3.3 催化剂H_2-TPR分析72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 结论与展望74-78
• 6.1 结论74-76
• 6.2 不足与展望76-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-86
• 攻读学位期间发表的学术论文86

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

氧化铈气凝胶担载氧化铜催化剂的TPR研究    刘源,孙海龙,刘全生,金恒芳

锰和镧改性Cu/ZrO_2合成甲醇催化剂的结构及催化性能    林明桂,杨成,吴贵升,魏伟,李文怀,单永奎,孙予罕,何鸣元

高性能甲烷催化燃烧催化剂的制备及其在天然气催化燃烧热水器上的应用    张晓玉;刘志敏;魏振玲;杜小春;龚茂初;陈耀强;

Zr基载体负载Pd催化剂用于贫燃天然气汽车尾气净化    龙恩艳;王云;张晓玉;李移乐;龚茂初;陈耀强;

焙烧温度对Pd/Al_2O_3催化剂上甲烷燃烧反应性能的影响    高典楠;王胜;刘莹;张纯希;王树东;

矿井回风流中低浓度瓦斯利用现状及前景    牛国庆

催化燃烧消除有毒和污染气体    梁克民,王惠文,赵志芳,张江,宋永吉

Mn、Fe取代六铝酸盐的结构和甲烷催化燃烧性能    马丽景;王林宏;李殿卿;宋永吉;

贵金属甲烷燃烧催化剂    王胜;高典楠;张纯希;袁中山;张朋;王树东;

CuO在CeO_2载体上的存在状态研究——氧化物-氧化物相互作用的“嵌入模型”    董林,金永漱,陈懿

大气中VOCs的污染现状及治理技术研究进展    曲茉莉;

催化燃烧方法净化丙烯腈废气的催化剂的实验研究    孙欣欣,张金昌,李成岳

喷射泵回收油罐烃蒸气技术    徐进;石兆东;张康;

均匀沉淀法制备高性能催化燃烧式甲烷传感器    马金鸣;王魏男;李小伟;刘银萍;赵靖;杜宇;卢革宇;

微悬梁式汽油传感器研究    张洪泉;乔英杰;汪洋;范茂军;

氧化铈气凝胶担载氧化铜催化剂上的一氧化碳氧化反应    刘源,孙海龙,刘全生,金恒芳

氧化铈气凝胶担载氧化铜催化剂的TPR研究    刘源,孙海龙,刘全生,金恒芳

氧化铝担载的贵金属铱基催化剂的制备及其对甲醇裂解反应的催化性能    张雄伟;储伟;王晓东;杨维慎;盛世善;张涛;

氯离子及水蒸气对Pd/Al_2O_3催化剂甲烷燃烧性能的影响    高典楠;王胜;张纯希;袁中山;王树东;

Fe/Ce_xZr_(0.9-x)La_(0.1)O_(1.95)-Al_2O_3整体式催化剂上的甲烷催化燃烧反应    陈永东;廖传文;曹红岩;刘志敏;王健礼;龚茂初;陈耀强;

氧化铈气凝胶担载氧化铜催化剂上的一氧化碳氧化反应    刘源,孙海龙,刘全生,金恒芳

氧化铈气凝胶担载氧化铜催化剂的TPR研究    刘源,孙海龙,刘全生,金恒芳

焙烧温度对合成低碳醇用Cu/Mn/Ni/ZrO_2催化剂性能的影响    赵宁,杨成,魏伟,王太英,孙予罕,张静,谢亚宁,胡天斗

草酸盐凝胶共沉淀法制备Ni-Ce-O甲烷催化燃烧催化剂(英文)    伊楠,曹勇,戴维林,贺鹤勇,范康年

LaAl_(1-x)Fe_xO_3/Al_2O_3/FeCrAl催化剂的制备及其对甲烷燃烧的催化性能    陈能展,季生福,银凤翔,赵丽萍,王伟,李成岳,刘辉

氯离子及水蒸气对Pd/Al_2O_3催化剂甲烷燃烧性能的影响    高典楠;王胜;张纯希;袁中山;王树东;

甲苯完全氧化反应中含铬催化剂的TPR研究    单绍纯，封雷，孙鸣鸣，伏义路

一些离子化合物在CeO_2和γ－Al_2O_3载体上的分散嵌入模型的新证据    董林，陈懿

纳米晶LaMnO_3及La_(1-x)Sr_xMnO_3的合成及其催化氧化性能    刘源,秦永宁,韩森

甲烷的催化燃烧 La,Ce和Y离子对高比表面MnO_2的改性作用    王翔,马军,段连运,谢有畅

从土壤中去除Cu~(2+)的电修复过程    钱暑强,金卫华,刘铮

Cu对MI(NiAlMnCoCu)_(5.1)贮氢合金电化学性能的影响    林玉芳,李蓉,张羊换,陈梅艳,王新林

Cu(I)配合物的制备与性质表征    陈经涛,田安祥

三种Cu基自蔓延焊接材料焊接接头性能的研究    胡军志;马世宁;陈学荣;罗林;

基于磷光Cu(Ⅰ)配合物的可见盲区有机紫外探测器    孔治国;李文连;王丹;陈丽莉;张光;

Sn基无铅钎料与Cu基板间化合物Cu_6Sn_5的研究进展    胡小武;艾凡荣;闫洪;

Cu~(2+)诱导甘氨酸质子迁移机理的理论研究    孟祥军;

Cu~(2+)胁迫下三峡库区消落带的狗牙根生长状况及其铜富积效应    李廷真;付川;余顺慧;祁俊生;

双滑移取向Cu单晶的循环形变行为──Ⅰ．循环形变行为    宫波，王中光，张轶伟，李广义，张天宜

Cu对低合金铸钢组织与性能的影响    刘明辉,陈洪玉,李贵海

静态法和密度泛函理论计算研究放射性核素~(64)Cu(Ⅱ)和磷酸盐在氧化铝上的相互作用    任雪梅;谭小丽;杨世通;陈长伦;王祥科;

一种对Cu~(2+)具有灵敏性识别的磁共振成像造影剂的研究    李伟生;罗建;陈忠宁;

双核Cu(Ⅱ)-牛磺酸缩水杨醛席夫碱配合物的合成及晶体结构    张淑华;钟凡;兰翠玲;钟新仙;蒋毅民;

抽穗期小麦中Cu的亚细胞分布    肖昕;张双;孙宗连;于文超;

高炉渣对Cu~(2+)的吸附性能研究    蒋艳红;马少健;林美群;

小麦生长周期中土壤Cu的分布与迁移实验研究    孙宗连;肖昕;张双;王倩;胡飞;

改性碳纳米管的制备及吸附重金属离子(Cu~(2+))的研究    刘泊良;张迎周;张玉军;许元栋;

相转移法制备Cu纳米粒子及其表征    杨柯利;刘全生;智科端;宋银敏;姚海波;

EDTA去除土壤中Cu~(2+)的优化    朱启红;夏红霞;

不同水平维生素E和β-胡萝卜素对Cu~(2+)氧化修饰低密度脂蛋白的影响    成晓龙;崔永萍;陈彦球;张喜忠;

生物反应器填埋场中重金属Cu和Zn的迁移转化机理研究    龙於洋

HSLA铁素体钢中Cu析出强化和奥氏体韧化的原子探针层析技术研究    刘庆冬

蚯蚓及蚓粪对植物修复Cu、Zn污染土壤的影响    王丹丹

太湖溶解性有机质对Cu的形态及生物有效性的影响    张彦

Cu（Ⅰ）催化的碳氮键偶联及其在合成杂环化合物中的应用研究    刁小琼

含N，P配体的Cu（Ⅰ）配合物的制备及性质研究    刘新芳

Cu纳米线结构和性质的第一性原理研究    马良财

黑藻对水体Cd、Cu、Zn污染的反应机制研究    徐勤松

过渡金属（Mn、Cu）掺杂纳米晶的制备和光电子性质研究    郑金桔

江蓠对N、P和重金属Cd~(2+)、Cr~(6+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)污染的去除效应及其生理生化响应    黄鹤忠

表层沉积物及其主要组分吸附五氯酚的特征及Cu～（2+）的影响    胡林林

Cu系湿式氧化催化剂的制备及降解有机污染物的研究    夏至

膨润土的改性及其对Cu～（2+）的吸附研究    郭春景

土壤表面电荷特征与Cu～（2+）离子吸附—解吸的相互关系    凌婉婷

Fe-Cu模型合金中Cu富集现象及微观结构分析    伍海彪

丙三醇和苯胺在分子筛担载的Cu基催化剂上气相合成3-甲基吲哚    崔艳喜

重金属Cd和Cu对泥蚶（Tegillarca granosa）的毒理学效应    陈肖肖

Cu/分子筛及其水处理改性催化剂催化甲醇氧化羰基化的研究    李茜

共存污染物Cu~（2+）对菲和壬基酚在沉积物及其组分上吸附的影响    孙晓芹

Fe-Cu合金中Cu析出的研究    曹悦