Улучшенный метод получения CuO/CeO2.

Том 13 научных докладов, номер статьи: 9345 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

В данной работе мы представляем метод прямого покрытия монолитов катализатором CeO2/CuO методом сжигания карбамида-нитрата. Катализатор был охарактеризован с помощью измерений XRD, SEM/EDX и EPR. Описаны экспериментальные результаты при использовании этого катализатора для преимущественного окисления CO. Каталитическую активность реакции CO–PrOx измеряли путем регистрации конверсии CO в зависимости от температуры реакции в богатой водородом газовой смеси в присутствии и отсутствие водяного пара. В ходе длительного испытания продолжительностью более 310 часов была продемонстрирована долговременная стабильность катализатора. Показано, что прямое покрытие является многообещающим подходом, с помощью которого на монолит можно нанести большее количество катализатора за один этап, чем это было бы возможно при использовании покрытий.

Для работы топливного элемента с мембраной из полимерного электролита (PEFC) с помощью технологии обработки топлива из жидкого водорода, несущего векторы энергии (например, дизельное топливо, керосин или метанол), генерируется богатый водородом топливный газ. Первым этапом переработки топлива является риформинг, за которым часто следует реакция конверсии воды и газа (РГС)1.

Последний имеет функцию снижения концентрации CO в продукте-газе риформинга примерно с 8-10 об.% до менее 1 об.%. Кроме того, продукт-газ реактора WGS обычно содержит около 35 об.% H2, 16 об.% CO2, 20 об.% H2O, 0,5 об.% Ar, а также от нескольких сотен до нескольких тысяч частей на миллион метана, а также как и другие следы высших углеводородов2,3,4,5, остаток до 100% составляет азот. Однако для работы PEFC концентрация CO должна быть снижена до значений < 100 ppm1,6. Часто это осуществляют с помощью реактора CO-PrOx (предпочтительного окисления). В будущем термоинтегрированном двухступенчатом PrOx-реакторе планируется использовать монолитный носитель, покрытый катализатором, не содержащим благородных металлов.

При выборе каталитической системы основное внимание уделялось технологической цепочке системы переработки топлива, как описано Samsun et al.4. Реактор CO-Prox должен идеально вписываться в систему. Поэтому расчетная температура на входе в реактор PrOx должна основываться на температуре на выходе реактора WGS в диапазоне 200–300 °C. На основании большого количества многообещающих опубликованных результатов7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 для решения этой задачи была выбрана каталитическая система CuO/CeO2. Далее сообщается о целенаправленном синтезе этого катализатора на монолитном носителе методом мочевино-нитратного сжигания.

На основе работы Авгуропулоса и др.9, в частности, а также Барбатоса и др.11 и Ланди и др.14,16, керамические монолиты из кордиерита с сотовой структурой 400 cpsi (Paul Rauschert GmbH & Co. KG) , Германия) были покрыты смешанным оксидом CuO/CeO2. Монолиты имели длину 70 мм и диаметр 12 мм, что давало объем 7,9 см3.

Однако для покрытия керамических монолитов катализатором, как это делалось ранее, не использовалось покрытие предварительно синтезированного оксида. Вместо этого был синтезирован раствор предшественника смешанного оксида CuO/CeO2 (молярное соотношение Cu/(Cu + Ce) 0,15), описанный Авгуропулосом и др.9, и монолиты погружались один раз (монолит № 1) или дважды (монолит №). 2) в этом вязком растворе. Монолиты, покрытые раствором прекурсора, затем прокаливали при 450 °C, при этом катализатор образовывался непосредственно на поверхности монолитов. По сравнению с промывочными покрытиями использование вязкого раствора-предшественника дает преимущество более плотной адгезии к носителю, в то время как классические методы приготовления, такие как осаждение, трудно реализовать для получения гомогенных каталитических покрытий. Кроме того, таким же образом из раствора предшественника готовили порошок с целью определения характеристик материалов. После однократного нанесения покрытия и прокаливания нанесенное количество материала катализатора составляло 446 мг в случае монолита №1. В случае монолита №2 было проведено двойное покрытие, в результате чего было получено около 768 мг каталитического покрытия.

95%. Beyond the section shown in the figure, the conditions for a reliable quantification were not given even if the trend indicates a constant composition. Detailed data of the complete line scan can be found in the supplemental information./p> 90% could be achieved at a GHSV of 5000 h−1. Between 155 °C and 160 °C, the CO conversion was higher than 95%. Increasing the space velocity GHSV to 10,000 h−1, a conversion exceeding 86% was achieved between 159 and 163 °C. The conversion curve for the moist fuel gas at a space velocity of 10,000 h−1 rises steeply up to a temperature of 191 °C, reaches X(CO) = 84% as a maximum, and then declines steeply again. The detected decrease of the CO conversion at higher reaction temperatures can be explained by the oxidation of H2, which becomes more and more dominating and consumes more and more oxygen. The observed shift of the temperature window is due to the shorter residence time of the molecules on the catalyst surface with increasing GHSV values./p> 99% became smaller and was between 170 and 210 °C. When further increasing the GHSV to 10,000 h−1, CO conversion did not exceed 99%, but a maximum of 97% was reached at temperatures of 170 °C and 180 °C. A sharp decline to approximately 92% was observed, when the temperature further raised to 200 °C. The corresponding CO concentrations at the outlet are depicted in Fig. 6c./p> 99.9% for a micro-reactor with catalytically coated stainless steel structures (5 wt% Cu/CeO2−x) with a reformate-like gas mixture, based on a WHSV of 240 L g−1 h−1 at 230 °C, exceeding the results given in this work./p>

Блог