基于silicalite-1沸石膜的合成及其核-壳催化剂的设计与应用

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1、大连理工大学硕士学位论文Silicalite-1沸石膜的合成及其核-壳催化剂的设计与应用姓名：周敬林申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：张雄福20090620大连理工大学硕士学位论文摘要直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(DIR．MCFC)是一种高温型燃料电池，特别适宜于用做分布式电源以取代热电站。DIR．MCFC可将天然气或甲烷水汽重整反应置于电池内部，不需要外重整器而使系统得到简化，电化学反应放热和重整反应吸热可实现互补，C02可实现循环使用，氢气电化学消耗可加速重整反应右移，提高了系统效率。但是DIR．MCFC存在催化剂碱中毒问题，严

2、重影响电池的正常运行和电池性能。因此，提高重整催化剂抗碱中毒能力成为延长DIR．MCFC运行寿命、降低成本、维持系统效率的主要举措之一。沸石分子筛膜具有均一而规则的微孔道结构，孔径大小接近分子尺寸，而且耐高温、化学稳定性好、机械强度大，被广泛应用于吸附、催化、气体分离等领域。同时，随着膜技术和材料科学的发展，核．壳结构(Core．Shell)、中空微球(HollowSphere)、微胶囊(Capsule)等新结构不断涌现，沸石分子筛膜开始在新型结构领域崭露头角。本论文针对DIR．MCFC催化剂碱中毒问题，设计合成了Silicalite．1沸

3、石膜包覆型镍基核．壳催化剂，并用于池外碱处理和甲烷水汽重整反应：(1)制备了粒径大小在150nm左右的Silicalite．1分子筛，并运用XRD、TEM对其形貌、粒径大小和晶体类型进行了表征。(2)设计了一种分子筛晶粒组装方法，采用丫．氨丙基三甲氧基硅氧烷(AP．TMS)作为偶联剂，将Silicalite．1晶粒桥联于多孔Si02小球、金属镍网和泡沫镍载体表面，Silicaltie．1品种呈现单层分布：水热晶化处理后生长Silicalite．1沸石膜，考察了载体性质、前驱液组成、晶化时间和晶化温度对成膜的影响，并采用VanderDrift

4、进化理论解释Silicalite．1成膜过程。(3)采用浸渍法制备12．5wt％的Ni．Si02和Ni．A1203甲烷重整催化剂，在其表面偶联组装Silicalite一1品种层后，水热晶化生长Silicalite．1沸石膜形成Silicalite一1／Ni—Si02和Silicalite．1／Ni．A1203核．壳催化剂，并运用SEM对其表面形貌、膜层厚度进行了表征。分别将S150．24和S175．24样品进行池外碱处理和甲烷重整反应(方式A和方式B)。结果表明，Silicalite．1／Ni．Si02和Silicatite．1／Ni．A1

5、203核．壳催化剂具有较强的抗碱中毒能力，甲烷转化率分别达到16％和58％，高于碱中毒后Ni．Si02和Ni．A1203催化剂的2％和8％。关键词：沸石膜；熔融碳酸盐燃料电池；纯硅分子筛；直接内重整；甲烷水汽重整Silicalite-1沸石膜的合成及其核一壳催化剂的设计与应用SynthesisofSilicalite一1ZeoliteMembraneandtheDesign&ApplicationofSilicalite·-1Core·-ShellCatalystAbstractThereiSsubstantialInterestinDir

6、ectInternalReforming·MoltenCarbonateFuelCell(DIR—MCFC)aspotentialalternativetothermoelectricplantsfordistributedelectricalpowergeneration．Withinternalnaturegasormethanefuelreforming．theDIR—MCFCeliminatestheneedforanexternalreformer，hastheadvantageofhigherenergyandsystemeff

7、iciency嬲wellasmaximizeshydrogenproductionandimprovescarbondioxidemanagementsinthefuelcell．Butthenickelcatalystformethanesteamreformingdeterioratesunderthehi曲workingtemperatureintheDIR—MCFC，whichnegativelyaffectsitsoperationandperformance．Hence，improvingalkaliresistanceabil

8、ityofthereformingcatalystbecomesthekeyacttoextendDIR—MCFCworkinglife，reducecapitalcostand