柠檬酸络合法制备的 Co/CeO2 催化剂上中温乙醇水蒸气重整性能

doi:10.1016/S1872-2067(11)60335-5

摘要/Abstract

摘要： 采用柠檬酸络合法制备了 Co/CeO₂ 及其钙掺杂系列催化剂, 并对催化剂进行了低温 N₂ 物理吸附、X 射线衍射、H2 程序升温还原、傅里叶变换红外光谱、高分辨透射电镜表征以及乙醇水蒸气重整催化性能测试. 结果表明, 所制 Co/CeO₂ 催化剂具有良好的乙醇水蒸气重整催化性能, 500 ^oC 时乙醇能全部转化为 C1, 氢气产率高达 85% 以上. Ca 掺杂减小了载体 CeO₂ 纳米颗粒尺寸, 但对还原后 Co⁰ 尺寸的影响较小. 当 Ca 掺杂量大于 5.0% 时, 催化剂氧化还原性能和乙醇水蒸气重整催化性能下降. 较高的还原温度有利于体相 Ce⁴⁺ 还原为 Ce³⁺, 并且提高了催化活性, 认为金属-氧化物边界的增加提高了催化活性. 初步稳定性考察结果表明, 5% 钙掺杂后的催化剂具有更好的抗积炭性能.

关键词: 钴, 氧化铈, 氧化钙掺杂, 柠檬酸络合, 乙醇水蒸气重整, 中温

Abstract: Co/CeO₂ catalysts with and without calcium doping were prepared by the citric acid complexing method, and characterized by N₂ adsorption, X-ray diffraction, temperature-programmed reduction, Fourier transform infrared spectroscopy, and high resolution transmission electron microscope. Their catalytic performance measurement for ethanol steam reforming (ESR) at 400–650 ^oC and atmospheric pressure with a steam-to-carbon ratio of 3.0 and gas hourly space velocity of 50000 ml/(g·h) was measured. The citric acid complexing method enhanced metal-support interaction. The Co/CeO₂ catalysts gave almost 100% ethanol conversion and good hydrogen yield at 500 ^oC. Calcium doping in the catalyst reduced the particle size of CeO₂, but had little effect on the metallic cobalt size after reduction. Calcium doping higher than 5% deteriorated the redox properties and ESR catalytic performance, which was attributed to the fouling of CeO₂ by CaO. Catalysts activated at 650 ^oC showed a better performance, which was due to a higher reduction degree of ceria and increase of the metal-oxide interface. Stability investigation of the catalysts suggested that 5% calcium doping enhanced carbon deposition resistance.

Key words: cobalt, ceria, calcium doping, citric acid complexing, ethanol steam reforming, intermediate temperature

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