硼氢化钠供氢用催化剂的研究
硼氢化钠作为储氢材料，具有储氢率高、安全和启动迅速等优势，已经成为研究的热点。本文主要对硼氢化钠催化水解供氢用催化剂进行了详细深入的研究。 硼氢化钠催化水解是发生在催化剂表面的多相催化反应，为增大反应面积，提高活性金属的利用效率，因此催化剂一般采用负载型。基于高性价比的目标，经过筛选，活性组分确定为钴，载体选择孔径大，表面积高，而且要有很好机械性能的硅藻土和泡沫镍。通过制备方法的比较，确定采用浸渍法制备钴-硅藻土催化剂，化学镀法制备钴-泡沫镍催化剂。 实验发现，采用钴作为催化剂，硼氢化钠催化水解放氢量均可达到理论量，因此，本文重点考察催化剂的活性和稳定性。 对于钴-硅藻土催化剂，重点考察了浸渍钴盐浓度，浸渍次数，还原温度等工艺。通过优化，确定浸渍钴盐浓度为300g/l，0℃下硼氢化钠溶液还原，单次浸渍的制备工艺。为提高催化剂的稳定性，采用热处理和添加具有良好润湿性的钯过渡层，以强化钴层与载体之间的结合；另外，包覆具有很好的抗碱液腐蚀能力的钯保护层，以减缓碱液对钴层的侵蚀。从而改进催化剂的稳定性。结果表明，制备的Pd-Co-Pd-硅藻土催化剂(Co6.8％，Pd4.3％)，300℃热处理后性能良好，钴层平整致密，晶界不明显，呈片状，与硅藻土结合很好；其在碱液中存放2天后基本达到稳定状态，活性为289mlH2/g.cat.min，25天后仍保持223mlH2/g.cat.min，稳定性很好。 对于钴-泡沫镍催化剂，同样存在着腐蚀和脱落问题。通过热处理和添加钯过渡层和保护层制备的Pd-Co-Pd-泡沫镍催化剂(Co4.79％，Pd3.05％)，400℃热处理后，相对Co-泡沫镍和Co-Pd-泡沫镍催化剂，钴的腐蚀速率得到大幅降低；稳定性也有了显著提高，在碱溶液中存放三天后活性基本达到一个稳定值60.23mlH2/gcat.min，22天后仍保持53.5mlH2/gcat.min。具有良好的稳定性。 对比而言，Pd-Co-Pd-硅藻土有良好的催化活性，而Pd-Co-Pd-泡沫镍的稳定性很好，活性相对较低，但泡沫镍是块状，能方便快捷的与硼氢化钠溶液分离，具有更好的操纵性和实用性。 在催化剂制备基础上，考察了硼氢化钠、氢氧化钠浓度以及工作温度对放氢速度的影响，结果发现，随着硼氢化钠浓度的提高，放氢速度加快，在0.52mol/l处达到最大值后缓慢下降。氢氧化钠对硼氢化钠自发水解有很好的抑制作用，对于催化水解也有很好的促进作用。反应温度的提高，反应速度常数加大，反应物和生成物传输速度加快，放氢速度呈指数上升。通过Arrhenius方程拟合，得到硼氢化钠催化水解的表观活化能为Ea(c)=56.3kJ/mol。
- 作者：
- 王书明
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2006年
- 导师姓名：
- 蒋利军；刘晓鹏
- 中图分类号：
- TQ314.242；TQ131.12
- 关键词：
- 氢能；硼氢化钠；催化剂
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