Pt/Al2O3和Ir/SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气的同位素示踪研究
本论文的主要目的是探究Pt/Al2O3和Ir/SiO2催化剂上甲烷部分氧化(POM)制合成气反应的机理。在论文的第一部分工作中，采用低温N2吸附、O2化学吸附、H2-O2滴定和H2-TPR等实验技术对催化剂进行了表征，并以CH4/O2/Ar=2/1/97为原料气考察了不同温度下催化剂的反应性能，确定Pt/Al2O3和Ir/SiO2上POM反应的起燃温度分别为420和370℃。采用脉冲实验技术考察了CH4/O2/Ar=2/1/97混合气在不同装量的Pt/Al2O3和Ir/SiO2催化剂床层上的POM反应情况，确定了催化剂床层的氧化区（即原料气中O2未耗尽的区域）和重整区（原料气中O2已耗尽的区域）。研究表明，在750℃(700℃)以及载气流速为120mL/min的实验条件下，Pt/Al2O3(Ir/SiO2)床层氧化区内已有大量CO和H2生成。通过对比氧化区和重整区内合成气生成的速率可知重整反应对氧化区内CO和H2生成的贡献很小，说明氧化区内H2和CO的生成主要来源于CH4的直接部分氧化反应。
在论文的第二部分，采用H-D和16O-18O同位素示踪技术考察了Ar稀释的CH4/D2O，CH4/O2/D2O，CD4/O2/H2O和He稀释的CH4/H218O和CH4/16O2/H218O等混合气在与氧化区长度相当的Pt/Al2O3和Ir/SiO2催化剂床层上的反应情况。H-D同位素实验结果表明，与单纯的甲烷水蒸气重整反应（CH4/D2O/Ar=2/2/96）相比，在甲烷的水蒸气重整和甲烷部分氧化反应可同时进行的情况下（CH4/O2/D2O/Ar=2/1/2/95），Pt/Al2O3和Ir/SiO2催化剂床层氧化区上生成的氢气主要来自甲烷的部分氧化反应。在与氧化区长度相当的Pt/Al2O3和Ir/SiO2催化剂床层上脉冲CH4/16O2/H218O/He混合气的同位素示踪实验结果表明，两种催化剂的氧化区内生成的一氧化碳均以C16O为主，说明CH4与16O2反应生成C16O的速率明显快于其与H218O反应生成C18O的速率，因此氧化区内生成的一氧化碳主要源于CH4与16O2的直接部分氧化反应。
甲烷部分氧化;合成气;反应机理;同位素示踪;催化剂
厦门大学
硕士
物理化学
翁维正;万惠霖
2013
中文
O643.36
97
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）