胶体沉积法制备铂催化剂及其水煤气变换反应活性研究

【摘要】：近年来,燃料电池的迅速发展使得水煤气变换反应(Water-gas shift, WGS)重新引起人们的兴趣。贵金属负载型催化剂是目前的WGS催化剂研究热点。本文采用新型的胶体沉积法在不同载体上负载具有特定尺寸的铂胶体纳米粒子。该催化剂的制备过程消除了载体对负载金属粒子形成的影响,对于研究WGS反应中的载体效应具有重要意义。 通过液相中还原氯铂酸(H2PtCl6)制备Pt胶体粒子。考察了还原剂还原能力强弱及保护剂(聚乙烯基吡咯烷酮,PVP)等影响因素的影响。结果表明使用弱还原剂乙二醇,可以制备出尺寸较大且均匀的Pt胶体粒子。PVP具有一定的分散作用,NaBH4为还原剂时,随着PVP加入量的增加,Pt胶体粒子粒径从2.6nm减小到2.1nm。 采用胶体沉积法制备了TiO2、CeO2、ZrO2和A1203载体负载的Pt催化剂,通过UV-Vis吸收光谱、TEM、XRD、TG等表征手段,研究了催化剂的物理特性。采用管式反应器进行催化剂的活性评价及动力学研究。和浸渍法相比,胶体沉积法制备的Pt/TiO2催化剂具有更高的WGS反应活性。载体与制备方法相同时,催化剂Pt粒子粒径越小,其活性越好。Pt粒子粒径相同,Pt/TiO2、Pt/CeO2、Pt/ZrO2、Pt/Al2O3催化剂WGS反应活性依次降低,动力学活化能值依次升高,载体对Pt催化剂的WGS反应活性具有重要的影响。 【关键词】：水煤气变换反应 胶体沉积法 Pt胶体粒子 负载型催化剂
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ426;TM911.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 文献综述9-21
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 WGS反应催化剂研究现状10-16
• 1.2.1 WGS反应催化剂10-11
• 1.2.2 WGS反应机理11-14
• 1.2.3 活性位14-15
• 1.2.4 反应动力学15-16
• 1.2.5 催化剂失活16
• 1.3 催化剂的制备16-20
• 1.3.1 贵金属胶体粒子的制备17-18
• 1.3.2 催化剂载体18-19
• 1.3.3 保护剂19-20
• 1.4 本论文的工作设想20
• 1.5 论文主要内容20-21
• 第二章 实验部分21-26
• 2.1 主要原料和试剂21
• 2.2 催化剂制备21-22
• 2.2.1 Pt胶体溶液的制备21
• 2.2.2 Pt/TiO_2催化剂的制备21-22
• 2.2.3 Pt/CeO_2、Pt/ZrO_2、Pt/Al_2O_3催化剂的制备22
• 2.2 催化剂的表征22-23
• 2.3.1 紫外可见吸收光谱22-23
• 2.3.2 透射电子显微镜(TEM)23
• 2.3.3 比表面积(BET)23
• 2.3.4 热重-差热分析(TG-DTA)23
• 2.3.5 粉末X射线衍射(XRD)23
• 2.4 催化剂性能及反应评价方式23-25
• 2.5 催化剂动力学研究25-26
• 第三章 液相还原法制备Pt胶体粒子26-33
• 3.1 前言26
• 3.2 胶体粒子的制备26
• 3.3 UV-Vis吸收光谱分析26-29
• 3.4 TEM观察胶体形貌29-32
• 3.5 小结32-33
• 第四章 铂催化剂WGS反应活性研究33-54
• 4.1 前言33
• 4.2 催化剂的表征33-43
• 4.2.1 UV-Vis吸收光谱分析33-34
• 4.2.2 TEM观测Pt胶体粒子34-35
• 4.2.3 XRD35-36
• 4.2.4 TG分析36-37
• 4.2.5 BET37-43
• 4.3 不同方法制备Pt/TiO_2的WGS反应研究43-45
• 4.3.1 反应温度的影响43-44
• 4.3.2 反应空速的影响44-45
• 4.4 Pt/CeO_2催化剂的WGS反应研究45-46
• 4.4.1 反应温度的影响45-46
• 4.4.2 反应空速的影响46
• 4.5 不同载体催化剂WGS反应活性研究46-48
• 4.5.1 反应温度的影响46-48
• 4.5.2 反应空速的影响48
• 4.6 催化剂动力学研究48-53
• 4.6.1 稳定性考察48-49
• 4.6.2 外扩散影响实验49-50
• 4.6.3 Pt/TiO_2催化剂动力学研究50-51
• 4.6.4 Pt/CeO_2催化剂动力学研究51-52
• 4.6.5 不同载体催化剂动力学研究52-53
• 4.7 小结53-54
• 第五章 结论54-55
• 参考文献55-60
• 发表论文和科研情况说明60-61
• 致谢61

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