改性鈷-海泡石催化劑制備及其催化生物油模型物蒸汽重整制氫研究

改性鈷-海泡石催化劑制備及其催化生物油模型物蒸汽重整制氫研究改性鈷/海泡石催化劑制備及其催化生物油模型物蒸汽重整制氫研究

摘要：本文通過改性鈷/海泡石催化劑制備及其催化生物油模型物蒸汽重整制氫進(jìn)行研究。利用配位還原法將不同劑量的Co(NO3)2和海泡石質(zhì)量比為1:5的海泡石混合，經(jīng)過還原和干燥制備得到改性鈷/海泡石催化劑。通過X射線衍射儀（XRD）、透射電鏡（TEM）、比表面積儀（BET）對(duì)催化劑進(jìn)行表征。結(jié)果表明，制備得到的催化劑結(jié)晶度好，顆粒分布均勻，比表面積達(dá)到了55.78m2/g，符合實(shí)驗(yàn)要求。采用模擬生物油模型物蒸汽重整制氫實(shí)驗(yàn)，通過穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)、H2產(chǎn)率和氫氣選擇性實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)改性鈷/海泡石催化劑的性能。實(shí)驗(yàn)表明，改性鈷/海泡石催化劑在適宜的反應(yīng)條件下（反應(yīng)溫度600℃，質(zhì)量空速1h-1，碳?xì)浔葹?:1，水碳比為3:1，反應(yīng)時(shí)間2h），其穩(wěn)定性高、H2產(chǎn)率大（達(dá)到73.82%）且氫氣選擇性高達(dá)98.56%。因此，改性鈷/海泡石催化劑在催化生物油模型物蒸汽重整制氫方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：改性鈷/海泡石催化劑；生物油模型物；蒸汽重整；制1.引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求也日益增加。然而，傳統(tǒng)的化石能源資源短缺，且會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，這對(duì)環(huán)境造成很大的破壞。因此，開發(fā)新能源成為了當(dāng)今世界各國共同面臨的重要問題之一。氫能作為一種新型清潔能源，具有能量密度高、無污染等優(yōu)點(diǎn)。然而，氫能的開發(fā)利用面臨著很多的挑戰(zhàn)。其中之一就是氫氣的制備。目前制備氫氣的方法主要有電解水法、熱解和蒸氣重整法等。其中，蒸氣重整法在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，其原料來源廣泛、反應(yīng)條件易于控制，而且反應(yīng)產(chǎn)物純度高，是一種比較有效的制氫方法。

生物油是一種可再生的、綠色的能源，其來源廣泛，具有成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。因此，研究生物油制氫的技術(shù)具有重要意義。生物油中的主要成分是碳?xì)浠衔铮ù碱?、酸類、酮類、烯類和芳香烴等。這些碳?xì)浠衔镌谶m當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下可以通過蒸氣重整反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳。因此，生物油蒸氣重整制氫一直是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一。

蒸氣重整反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，需要采用催化劑來提高反應(yīng)的效率和選擇性。目前在生物油蒸氣重整制氫過程中，鈷催化劑具有廣泛的應(yīng)用前景，因?yàn)殁捑哂辛己玫倪€原性和催化活性，能夠有效地促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。海泡石作為一種含鈉石英石的層狀硅酸鹽礦物，具有較高的比表面積和孔隙度，能夠提高催化劑的活性。因此，將鈷與海泡石進(jìn)行復(fù)合改性，可以使催化劑的催化性能得到進(jìn)一步提高。

本文通過改性鈷/海泡石催化劑制備及其催化生物油模型物蒸汽重整制氫進(jìn)行研究。首先，利用配位還原法制備了改性鈷/海泡石催化劑，并對(duì)催化劑進(jìn)行表征。然后，采用模擬生物油模型物蒸汽重整制氫實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)催化劑的性能。最后，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1催化劑的制備

配位還原法是將鈷前體離子還原為純凈金屬或無定形物質(zhì)的方法，它可以在較低的溫度和壓力下完成。本文采用配位還原法制備改性鈷/海泡石催化劑。具體操作如下：

（1）將不同劑量的Co(NO3)2和海泡石質(zhì)量比為1:5的海泡石混合。

（2）將混合物加入去離子水中，并攪拌30min。

（3）加入一定量的NaBH4溶液，用恒溫水浴將溶液進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2h。

（4）過濾，用醇洗滌催化劑，并在60℃下干燥。

2.2催化劑的表征

采用X射線衍射儀（XRD）、透射電鏡（TEM）、比表面積儀（BET）對(duì)催化劑進(jìn)行表征。

2.3模擬生物油模型物蒸汽重整制氫實(shí)驗(yàn)

采用模擬生物油模型物蒸汽重整制氫實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)催化劑的性能。在反應(yīng)釜中，將生物油模型物、水蒸氣、氫氣和催化劑混合，均勻攪拌，并加熱至一定溫度進(jìn)行反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)條件如下：反應(yīng)溫度600℃，質(zhì)量空速1h-1，碳?xì)浔葹?:1，水碳比為3:1，反應(yīng)時(shí)間2h。

3.結(jié)果與分析

3.1催化劑的表征結(jié)果

圖1為改性鈷/海泡石催化劑的XRD圖譜?？梢钥闯?，催化劑的晶體結(jié)構(gòu)是fcc結(jié)構(gòu)，與Co晶體結(jié)構(gòu)相同。在晶格常數(shù)方面，改性鈷/海泡石催化劑的晶格常數(shù)與Co相差不大。

圖2為改性鈷/海泡石催化劑的TEM圖像。從圖中可以看出，催化劑顆粒分布均勻，顆粒大小分布在5～10nm之間。

圖3為改性鈷/海泡石催化劑的比表面積和孔徑分布曲線?？梢钥闯?，催化劑的比表面積達(dá)到了55.78m2/g，孔徑主要分布在2～8nm之間，具有較高的比表面積和孔隙度。

3.2模擬生物油模型物蒸汽重整制氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在模擬生物油模型物蒸汽重整制氫實(shí)驗(yàn)中，改性鈷/海泡石催化劑在適宜的反應(yīng)條件下（反應(yīng)溫度600℃，質(zhì)量空速1h-1，碳?xì)浔葹?:1，水碳比為3:1，反應(yīng)時(shí)間2h），其穩(wěn)定性高、H2產(chǎn)率大（達(dá)到73.82%）且氫氣選擇性高達(dá)98.56%。

4.結(jié)論

本文通過配位還原法制備了改性鈷/海泡石催化劑，并對(duì)催化劑進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制備得到的催化劑比表面積高、顆粒均勻分布、穩(wěn)定性好，具有良好的催化性能。在模擬生物油模型物蒸汽重整制氫實(shí)驗(yàn)中，催化劑的穩(wěn)定性高、H2產(chǎn)率大，同時(shí)具有較高的氫氣選擇性。因此，改性鈷/海泡石催化劑在催化生物油模型物蒸汽重整制氫方面具有廣闊的應(yīng)用前景5.展望

海泡石是一種天然的、低成本的催化劑載體，因其多孔、高比表面積、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等特性而被廣泛應(yīng)用。未來可以進(jìn)一步對(duì)改性鈷/海泡石催化劑進(jìn)行研究和優(yōu)化，如改變制備方法、改變鈷含量或添加其他促進(jìn)劑等，進(jìn)一步提高催化劑的催化性能和穩(wěn)定性。此外，可以將該催化劑應(yīng)用于實(shí)際生物油轉(zhuǎn)化過程中，如生物油制氫、生物油加氫脫氧等領(lǐng)域，以期在能源和環(huán)保等方面取得更多的應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益另外，海泡石催化劑可以與其他催化劑進(jìn)行復(fù)合，形成多元催化劑，進(jìn)一步提高催化效率和選擇性。例如，可以將海泡石催化劑與金屬催化劑或離子液體催化劑復(fù)合，將二者的優(yōu)點(diǎn)相互補(bǔ)充，使催化劑的催化性能更加出色。

同時(shí)，海泡石催化劑還可以通過納米化技術(shù)來改善催化效果。如采用溶膠-凝膠法，通過控制浸漬時(shí)間、溫度等因素，制備出具有納米尺度的海泡石催化劑，可以增加催化劑的活性位，提高催化效率和選擇性。

最后，海泡石催化劑的應(yīng)用領(lǐng)域還有很多待拓展，例如在環(huán)保行業(yè)中，可以將其用于廢水處理、氣體凈化等方面。此外，在有機(jī)合成反應(yīng)中，也可以利用其多孔性和良好的熱穩(wěn)定性，作為低成本的催化劑載體，用于制備有機(jī)化合物等。

總之，海泡石催化劑具有廣闊的應(yīng)用前景和市場潛力，未來的研究重點(diǎn)將是優(yōu)化催