活性炭负载FeNi催化氨分解的研究

第33卷　第5期2006年10月

文章编号:100022472(2006)0520100205

湖南大学学报(自然科学版)JournalofHunanUniversity(NaturalSciences)Vol.33,No.5Oct12006

活性炭负载Fe,Ni催化氨分解的研究

阳卫军1 ,陶能烨1,刘丰良2,李子阳11

(1.湖南大学化学化工学院,　;2.中南大学化学化工学院,)

Ξ

　　摘　要:以Fe,Ni为主活性组分,K,采用多步浸渍、直接高温

分解、,研究了Ni,Fe两类催化剂对氨的.,Ni催化剂的活性高.Fe2Mo/C℃.助催化成分对Fe催化剂活性促进>K>Co,而K,Mo对Ni催化剂活性的促进作用很小.XRD研究表明,Fe2Mo/催化剂的主要晶相为FeMo,Fe2(MoO4)3,Fe2O3及少量的Fe3O4和石墨化C;催化反应后,出现了α2Fe和较多的石墨C晶相,Fe2(MoO4)3及Fe2O3,Fe3O4衍射峰基本消失,表明铁化合物已被还原,且活性炭进一步石墨化了.FeMo化合物的形成是Fe2Mo/C活性高的一个重要因素.

关键词:氨;分解;催化;活性炭

中图分类号:O643　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码:A

StudyonAmmoniaDecomposition

OverActiveCarbonSupportedNiorFe

YANGWei2jun1 ,TAONeng2ye1,LIUFeng2liang2,LIZi2yang1,GUOCan2cheng1

(1.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,HunanUniv,Changsha,Hunan　410082,China;2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,CentralSouthUniv,Changsha,Hunan　410083,China)

　　Abstract:ThecatalystsofactivecarbonsupportedFeorNiwithK,Mo,Coasthepromoterswereprepared

bystepwise2impregnation\direct2pyrolysis\pre2reductionmethods.Performancesofthepreparedcatalystsinammoniadecompositionwerestudied.ItwasfoundthattheFe2containingcatalystspossessedamuchbetterper2formancethantheNi2containingcatalysts,andtheFe2Mo/Cappearedtobethebestone,overwhichammoniacouldbedecomposedalmostcompletelyat650℃.ThecatalyticactivityofthepromotersovertheFe/CcatalystsshowedanorderofMo>K>Co,whereaslittlepromotionbythepromoterKandMoovertheNi/Ccatalystswasobserved.XRDstudiesshowedthatthemaincrystalphasesinFe2Mo/CcatalystwereFeMo,Fe2(MoO4)3andFe2O3withatraceamountofFe3O4andgraphiticcarbon.Mainlythephasesofα2FeandCappearedwhilethoseofFe2(MoO4)3,Fe2O3,Fe3O4disappearedaftertheammoniadecompositionreaction.Itindicatedthatsomeironcompoundswerereducedandmoreactivecarbonweregraphitized.TheformationofFeMoconstitutedthemainreasonofthehighcatalyticactivityofFe2Mo/Ccatalyst.

Keywords:ammonia;decomposition;catalytic;activecarbon

收稿日期:20060115

基金项目:湖南大学校基金重点项目

作者简介:阳卫军(1971-),男,湖南衡阳人,湖南大学副教授,博士 通讯联系人,E2mail:wjyang@http://doc.guandang.net

第5期阳卫军等:活性炭负载Fe,Ni催化氨分解的研究101

　　近年来,氨的催化分解研究又重新引起了人们的高度关注[1-3].人们发现,氨的能量密度高;在常温下8atm就可使其液化,容易贮存和运输;氨的分解只产生H2和N2,不含对氢燃料电池的电极有毒害作用的物质,其实是原位制氢的氢燃料电池的适合氢源,适用于将来的小型移动平台———如燃料电池驱动的电动汽车上,可解决困扰以甲醇等含碳物质制氢的燃料电池研究的一大难题———CO的毒害问题[4-8].

,的催化活性,右的解率达99%[5].,制备复杂,难以

约95kPa的真空度下,把处理后的活性炭浸入一定

量的含主催化成分的前驱物硝酸铁或硝酸镍溶液中,先在50℃下于氮气氛中干燥2h,然后将温度逐渐升高到700℃,在氮气流中恒温6h,使里面的金属盐直接完全分解,其导电性.、高温煅烧,.将得到的催化剂分;一.真空浸渍、干燥和高温煅烧都分多步进行,以使主催化成分和助催化成分均匀负载并得到细微颗粒.文中的Fe含量以Fe2O3计,Ni含量以NiO计,Mo,K,Co的含量均以实际金属的含量计.113　催化剂的活性评价

催化剂活性测试在微型固定床连续流动反应装置上进行.在管径为1cm石英管反应器中填入2cm高的催化剂.预还原时,先从下部通入氢气,在600℃的条件下还原催化剂.吹尽管路里面的水蒸气后,再调至所需温度,切换成氨气,控制好氨气的空速(GHSV)为3500h-1.反应一段时间后,六通阀取样进入色谱系统分析.不进行预还原时,直接在指定温度下通氨气进行催化分解反应.色谱柱温90℃,H2为载气,TCD检测器.

应用于实际.NiFe组分,由于其价廉易得,也是氨分解催化剂的主要研究对象.已有研究表明,载体和助催化成分对Fe,Ni催化氨分解的活性有重要影响[2,9].催化活性组分的粒子大小和载体的导电性也是影响氨分解催化剂活性的重要因素[10].负载Fe催化剂,在以Ca等作助剂时,在850℃的较高温度下,对低浓度的NH3有很好的催化分解作用[11].催化氨分解的Ni基催化剂多以Al2O3,MgO等作为载体[9],碳质载体的研究很少见于报道.

本文以Ni,Fe为主活性组分,以K,Mo,Co为助催化成分,以国产活性炭为载体,采用多步浸渍、直接高温分解、再分步还原的办法,制备了超微高分散的Ni,Fe催化剂.研究了该活性炭载体催化剂对高浓度NH3的催化分解性能.发现该类催化剂对纯NH3有很好的低温分解效果,其中以活性炭负载的Fe2Mo催化剂效果最好.该类催化剂原料价廉易得,

2　实验结果与讨论

211　不同助催化组分对Fe催化剂催化活性的影响

图1中各催化剂含Fe(以Fe2O3计)为20%,Mo,K,Co均为5%.从图1可以看出,Fe系催化剂

制备方法简单,有较大的实际价值和理论意义.

对氨分解的催化活性较高.其中,以Mo,K为助催化剂的Fe2Mo/C和Fe2K/C催化剂在650℃时就能使氨气基本分解完全;以Mo为助催化剂的Fe2Mo/C的催化活性最好,在650℃时催化氨分解的转化率达到98.5%,700℃时达到99.9%,接近完全分解.Co对活性炭载Fe催化剂活性的促进作用很弱,只是稍优于未加助催化成分的Fe/C催化剂.各助催化成分对Fe基催化剂活性促进作用的大小顺序为Mo>K>Co.从图1还可以看出,该系列的4种催化剂在550～650℃范围内,催化活性均有较大的提升.

1　实验部分

111　主要原料与仪器

活性炭,上海精细化工科技有限公司生产,60-80目.经BET分析,比表面积为838m2/g.主要试

剂有硝酸铁,硝酸镍,钼酸铵,醋酸钴,硝酸钾,氨水等,均为分析纯.主要试验仪器有:SP2502型气相色谱仪;DF2101B型集热式恒温磁力搅拌器;A2101型箱式电阻炉;DZF26050型真空干燥箱;日立H800透射电镜,SiemensD25000型X射线衍射仪等.112　氨分解催化剂的制备

把活性炭用酸洗、水洗后,在100℃下烘干.在

102　　湖南大学学报(自然科学版)2006年

以活性炭为载体时,Fe的活性要比Ni高.这说明部

分石墨化的活性炭载体能极大地提高Fe催化剂的活性,有效降低氨分解的温度,而对Ni催化剂的活性提高很小.

图1　含Mo,Fe/Fig.1　over

Fe/Ccatalysts,K,Co(reducedbyH2)

212　Fe含量对氨分解催化剂活性的影响

图2为Mo含量为5%的情况下,不同Fe含量的Fe2Mo/C催化剂对氨分解的催化活性曲线.可以看出,含Fe20%的催化剂的活性最高.含Fe30%的催化剂的活性比20%的要差

.这是因为负载过多的主催化成分会使作为载体的活性炭的孔隙被堵塞,从而使催化剂与气体接触的实际面积变小.在制备过程中还可以观察到,含Fe30%的催化剂有明显游离的红色Fe2O3夹在活性炭 …… 此处隐藏：6761字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……