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活性炭载铁催化剂对塑料热解蒸汽制氢
文章作者:韩研网络部 更新时间:2023-2-21 16:03:40

  活性炭载铁催化剂对塑料热解蒸汽制氢

  废塑料是一种富含碳和氢的有机高分子固体废弃物,其典型种类有聚乙烯和聚丙烯。与传统的废塑料加工技术相比,热解技术具有突出的优势。热解技术是废旧塑料在热化学作用下解聚重整产生富氢气体的过程]。该技术可实现废塑料的无害化、资源化处理,具有安全、环保、高效、节能等突出优势。为了使用高分子塑料热解蒸汽重整高产率制氢,js55555金沙老品牌网址开发了活性炭负载的铁基催化剂应用于与聚丙烯的反应以制氢。

  催化剂在塑料重整制氢过程中起着重要作用,可以帮助长链断裂成短链,使化学键断裂,促进小分子气体产物的形成。因此,高效稳定的催化剂具有重要意义,但更大的问题与催化剂本身密切相关。因此,催化剂载体的水热稳定性是催化剂的一个重要参数。活性炭比表面积大,孔隙结构发达。另外,由于活性炭结构的稳定性,在反应中表现出很强的化学稳定性和水热稳定性。因此,它被广泛应用于甲烷制氢的研究。活性炭的表面化学决定了初始催化速率,而孔结构决定了催化的稳定性。因此,具有更大比表面积和孔容量的介孔碳在催化制氢反应中表现出更好的催化活性和稳定性。

  制氢实验

  二级热解-催化立式管式炉如图1所示。实验开始前,将PP和催化剂按一定比例自下而上放入不锈钢反应釜中,然后将反应釜密封。在加热反应之前,将氮气泵入反应器以排出空气。待反应器内氮气气氛稳定后,将催化剂段温度初步升至900℃。催化段温度稳定后,加热PP热解段的温度。15分钟后热解段温度升至500℃,同时加入水蒸气。当热解段温度达到450℃时开始收集气体,连续收集时间为30分钟。反应气体通过装有异丙醇的洗涤筒,然后冷凝干燥收集。反应完成后,继续通氮气直至反应器温度降至室温。

  图1:反应设备图。

  PP热解-催化重整制氢

  在PP裂解和水蒸气重整制氢实验中,催化剂中铁的负载量、催化剂对PP的添加比例和水蒸气的添加量都是重要的因素。因此,分析了各参数对产气量和产氢量的影响。图2显示了活性炭的铁负载对实验结果的影响。铁载量范围为0%-25%,0%载量为空白对比实验。纯活性炭也具有一定的催化塑料裂解的能力,这取决于其发达的孔隙结构和表面含氧官能团,尤其是灰分含量。活性物质铁的加入显着提高了催化剂的性能。随着铁负荷的增加,塑性裂解的产气量和产氢量不断增加。当铁含量为15%时,产气量和产氢量达到峰值。此时,复合催化剂的催化能力约为活性炭的3倍。此外,继续添加铁负载(超过15%)并没有改善制氢性能。这可能是由于催化剂表面含铁过多,导致孔隙率降低和催化接触面积减少。

  图2:铁负载量对实验结果的影响。(实验条件:PP与活性炭催化剂比例1:0.75,含水量6ml/小时)

  图2还显示了产出气体的成分。由于水蒸气的加入,氢气是最丰富的气体,其次是一氧化碳。很少产生二氧化碳和小分子碳氢化合物。在高分子化合物的裂解反应中,积碳是不可避免的。碳氧化物和碳氢化合物的形成表明,加入水可以将沉积的碳以气体形式释放出来,从而减少催化剂表面的积碳,保证催化剂的长期稳定性。

  活性炭和用过的活性炭催化剂微观和结构表征

  活性炭催化剂的物理化学性质直接影响催化重整反应的生产性能。为了了解催化过程中的催化剂变化,对新鲜和用过的催化剂进行了表征和分析,重点是催化剂的表面微观结构和材料组成的变化;此外,还对不可避免的积碳现象进行了检测和分析。图3显示了活性炭和使用过的15%活性炭载铁催化剂的SEM图像。使用过的活性炭催化剂循环使用10次。图3(a)和(b)显示了活性炭催化剂的显微SEM照片。活性炭催化剂表面呈纳米级球形颗粒,密集分布在活性炭载体表面。此外,在活性炭表面观察到许多微小的孔结构。这说明催化剂表面广泛分布着大量的铁活性位点,保证了催化性能的发挥。图3(c)、(d)、(e)和(f)显示了所用活性炭催化剂表面的显微图像。使用过的催化剂表面覆盖有一层石墨碳,其中有的是碳纳米球,有的是碳纳米管。碳纳米球直径约为50-100nm,来自碳纳米球的不完全石墨化;碳纳米管的直径约为20-100纳米。在多种因素的耦合作用下,产生了两种碳纳米结构。碳纳米材料的形貌差异与催化剂表面金属颗粒的大小以及金属与载体之间受力的差异密切相关。

  图3:(a)(b)活性炭催化剂的SEM图像,(c)(d)(e)(f)使用过的活性炭催化剂。

  活性炭载铁催化剂对塑料热解蒸汽制氢,研究制备了活性炭负载铁催化剂,并将其应用于塑料聚丙烯催化重整制氢研究。实验装置为两级热解催化炉。表征测试表明,制备的催化剂表面存在一些结构,如Fe2O3、Fe、Fe5C2和Fe3O4,它们在催化反应中充当活性位点。实验结果表明,活性炭载铁催化剂具有良好的制氢性能,在无水催化重整反应中H2产率可达38.73mmol/g,112.71mmol/g在与水的反应中。经过水分贡献度分析,确定最佳含水量为6ml/小时。此外,对使用过的催化剂的积碳进行了深入分析。结果表明,无水反应沉积的碳具有较高的石墨化程度和纯度。水的加入降低了积碳的石墨化程度,但有效地提高H2的产率。该研究为塑料热转​​化制氢提供了一种新方法。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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