钴镍镨镧类水滑石的合成、表征及衍生复合氧化物催化性能研究

以乙醇为原料采用水蒸气重整制氢于环境保护和资源利用均具有重要的意义。目前乙醇水蒸气重整制氢最关键的问题是高活性、高选择性和高稳定性催化剂的开发。Co、Ni基催化剂在乙醇水蒸气重整制氢反应中表现出较好的初活性和选择性，但由于催化剂的积碳和活性组成烧结问题导致催化剂失活。基于此，项目围绕如何提高催化剂的抗积炭性和活性组分抗烧结着手，以钴镍镨镧的硝酸盐为原料，尿素为沉淀剂并结合水热和微波技术合成NiCoPrLa类水滑石为前躯体，考察制备过程因素对类水滑石的性能影响，同时在一定氛围中将前躯体进行活化处理，将其衍生复合氧化物用为乙醇水蒸气重整反应催化剂，探讨活化过程因素对衍生复合氧化物性能影响，并采用XRD、TG-DSC、TEM、XPS、FT-IR、TPR、TPD、TPO等对前躯体或复合氧化物的晶相结构、热稳定性、形貌、结合能和表面性能等进行表征，以乙醇水蒸气重整制氢为探针反应，评价催化剂。

本项目采用不同的方法和技术制备了CoNiPrLa类水滑石及其衍生的复合氧化物。并通过现代的表征手段研究了不同的制备方法对它们的结构、热稳定性及催化活性等的影响。具体研究内容如下：.（1）NiCoPrLa类水滑石的制备方法对其结构及热稳定性影响。传统水热法制备的类水滑石具有较好晶体结构完整性，而微波水热法制备的类水滑石则具有较好的热稳定性。另外，水滑石的制备方法对其衍生复合氧化物的催化性能也具有较大的影响。实验结果表明，微波水热法制备的类水滑石衍生复合氧化物具有较多的活性中心，有利于乙醇的吸附与解离。在乙醇水蒸气重整中表现出较高的活性，氢气选择性和抗积炭性，且在450 ℃的条件下乙醇的转化率为100%，氢气选择性高达80.6%。.（2）在研究制备方法的基础上，随后又重点考察了水热反应温度、时间、体系的pH值、沉淀剂种类、镨物种的含量和类水滑石焙烧温度对CoNiPrLa类水滑石及其衍生复合氧化物物理化学性能的影响。结果表明较高的水热反应温度有助于提高衍生复合氧化物的抗积碳性能。且当合成温度为120和150 ℃时生成了类水滑石结晶度较高，其对应的衍生复合氧化物吸附性能较强，在乙醇水蒸气重整制氢反应中氢气的选择性较高。此外，研究发现水热反应时间对类水滑石的结构及其衍生复合氧化物的催化性能也有一定的影响，且水热反应时间为120 min时，制备的类水滑石衍生复合氧化物具有较高的吸附性能，在乙醇水蒸气重整制氢反应中呈现出较高的氢气选择性和较好的抗积碳性能。对水热反应体系的酸度进行研究发现，当溶液pH值为9.0时所得的衍生复合氧化物表现出较好的吸附性能，在乙醇水蒸汽重整制氢反应中表现出较好的催化活性和较高的H2选择性；而反应体系pH值为11.0的条件下制备的样品表现出较好的抗积碳性能。对沉淀剂的研究发现，以尿素为沉淀剂时制备的类水滑石结晶度较低，但生成的衍生复合氧化物的比表面积较大，表现出良好的吸附性能和较高的氢气选择性。另外，Pr物种的含量直接影响衍生复合氧化物催化性能，当Pr物种的含量为5%时，衍生复合氧化物在催化乙醇水蒸气重整中乙醇的转化率为100%，氢气的选择性达到77.6%，并具有较好的抗积炭性能。对后期焙烧温度研究发现，在较高的焙烧温度下形成的钙钛矿型复合氧化物具有比较完整的结构，但活性有所降低。且当焙烧温度650 ℃时形成的类水滑石的衍生复合氧化物在催化乙醇水蒸气重整