应用于笑气分解的整体式催化剂的研究毕业论文(编辑修改稿)

应用于笑气分解的整体式催化剂的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

司 恒温加热套 981B 天津市泰斯特仪器有限公司 应用于笑气分解的整体式催化剂的研究 10 整体式催化剂制备所需药品与相应仪器分别见表 23与 24 表 23 整体式催化剂制备所需原料及试剂 名称 等级及纯度 生产厂家 堇青石 硅溶胶 50% 30% 上海新茂精密陶瓷技术公司 郑州兴隆化工有限公司 铝溶胶 20% 自制 硝酸 67% 北京北化精细化学品有限公司 表 24 整体式催化剂制备所用实验仪器 名称 型号 生产厂家 锯条 挑针 3012(mm) 上海河冶锯条制造有限公司 自制 3． 1． 催化剂活性评价 催化剂活性评价过程中所需要的原料和仪器分别见表 25和表 26。 表 25 N2O直接分解催化剂 活性 评价 所用 实验原料和试 剂 表 26 N2O直接分解催化剂 活性 评价 所用 实验仪器 名称 型号 生产厂家 名称 等级及纯度 生产厂家 N2O 纯度 % 北京海普气体有限公司 氦气 纯度 % 北京海普气体有限公司 高纯氢 标气 (SO2) 纯度 % 921ppmSO2/He 北京海普气体有限公司 北京海普气体有限公司 高纯氧 标气 (CO) 标气 (NO) 纯度 % 4% 4% 北京海普气体有限公司 北京海普气体有限公司 北京海普气体有限公司 应用于笑气分解的整体式催化剂的研究 11 质量流量控制器 D0711/ZM 国营北京建中机器厂 流量显示仪 D083B/ZM 北京七星华创电子股份公司 压力表 浙制 01830117 杭州鹤山仪表厂 温控温显表 XK43J 北京金大陆自动化仪表厂 可控硅 S212K 北京希曼顿自动化研究所 加热带 301000 天津特纳科学仪器有限公司 固定反应器加热炉 LW600 无锡绘图仪器厂 管式反应器 Ф71mm 自制 热电偶 WRNK101型（ E型） 北京东华自动化仪表厂 热电偶 WRNK101型（ K型） 北京东华自动仪表厂 气相色谱仪 GC4000A 北京东西电子科技研究所 色谱柱（ TCD） TDX01填充柱4mm 北京中科惠杰有限公司 第 3． 2 节 分子筛 催化剂改性 本实验采用液相离子交换法对各种不同构型的分子筛催化剂进行金属离子改性。 以下以 Beta分子筛为例，以硝酸铁为金属离子源对 HBeta进行改性。 以下是改性过程的操作步骤。 实验操作：精确称量 HBeta分子筛催化剂 、 Fe(NO3)39H2O （ 1%）和去离子水 300ml 置于三口瓶中，在 90℃ 恒温水浴中搅拌 6h，然后 用去离子水抽滤并洗涤 3次，再放到 100℃ 干燥烘箱中干燥 12 h，最后放马弗炉中采用程序升温的方式在 550℃ 下恒温焙烧 5 h，得到 Fe离子改性的 Beta分子筛样品。 Beta型分子筛的 Co 金属离子的改性实验步骤同上。 本实验中，我们对 HBeta、 HMOR、 HZSM5， HFER， HMCM49分别用Fe、 Co 两种离子进行了改性操作，并对两种离子改性的不同构型分子筛催化剂进行了活性评价实验。 应用于笑气分解的整体式催化剂的研究 12 第 3． 3 节 整体式催化剂的制备 本实验分别采用两步挂胶法（简称两步法）和一步挂胶法（简称一步法）两种不同的 涂覆方法进行整体式催化剂的制备。 3． 3． 两步法 两步法的流程示意简图如 图 21所示 ： 图 21 简单来说，就是以堇青石为载体，第一步先在堇青石上涂覆一层粘结剂（硅溶胶或者铝溶胶），得到附有粘结剂的堇青石，之后再往上面涂覆分子筛，最后得到整体式催化剂。 具体操作步骤以 FeBeta整体式催化剂的制备为例，以下是其制备过程。 实验操作： （ 1） 堇青石的制备 首先将大块的堇青石切成孔数为 10 10的小块堇青石，之后再将其高度磨为 5mm ，最后用挑针将其挑成为需要的圆柱形。 最后得 到的堇青石的几何尺寸为：直径 d=14mm， 高度 h=5mm， 体积 V= （ 2） 堇青石的预处理 先将堇青石在马弗炉中程序升温到 600℃，恒温加热 12h。 再将其放入 15%的硝酸溶液中 80℃恒温水浴加热 4h，最后用去离子水洗至中性。 然后放入 100℃烘箱中干燥 12h，最后继续拿到马弗炉中程序升温到 600℃，恒温加热 12h。 （ 3） 粘结剂的涂覆 应用于笑气分解的整体式催化剂的研究 13 选取硅溶胶作为粘结剂。 首先称取一定量的硅溶胶放入小烧杯中，然后将堇青石放入其中，使其完全浸泡于硅溶胶中，浸泡时间 5min后取出，用洗耳球吹掉孔道中的硅溶胶，使 孔道不被堵塞。 然后将其放到 100℃的烘箱中进行干燥。 （ 4） 分子筛的涂覆 首先精确称量 FeBeta分子筛 ,去离子水 ，将其在小烧杯中混合后放入磁子，然后放到磁力搅拌器上搅拌 2h，最终得到分子筛溶液。 然后将挂上硅溶胶的堇青石放入其中进行涂覆，使其完全浸泡于分子筛溶液中，浸泡时间为 5min,然后将其取出用洗耳球吹掉孔道中的分子筛，使其没有堵孔现象出现就好。 接着，将其放入 100℃的烘箱中进行干燥。 如此反复多次进行涂覆，直到达到自己所需的涂覆量为止。 （ 4） 最后的焙烧 最后，需要将涂有分 子筛的堇青石放入马弗炉中进行焙烧，程序升温到550℃，恒温加热 5h。 最终得到 FeBeta整体式催化剂。 本实验中采用两步法，制备了 FeBeta、 CoBeta、 FeZSM CoZSMFeFER、 CoFER、 FeMOR、 CoMOR、 FeMCM4 CoMCM49等不同构型、不同金属离子改性的整体式催化剂。 3． 3． 一步法 一步法的流程示意简图如 图 22所示 ： 图 22 简单来说，就是基于前面的两步法将改性分子筛粘在堇青石上，现采用一步挂胶法，即将 改性分子筛与粘结剂（硅溶胶或铝溶胶）混合后，一步粘在堇青石应用于笑气分解的整体式催化剂的研究 14 上。 具体操作步骤以粘结剂选用硅溶胶，上胶量为 5%的 CoBeta整体式催化剂的制备为例，以下是其制备过程。 实验操作： 首先，精确称取 CoBeta分子筛 ， 30%的硅溶胶 ，去离子水，然后将它们在小烧杯中进行混合，加入磁子后放到磁力搅拌器上进行磁力搅拌，搅拌时间为 2h， 得到分子筛 — 硅溶胶溶液。 其次，将预处理过的堇青石放入得到的分子筛 — 硅溶胶溶液中进行涂覆，使其完全浸泡于溶液中，浸泡时间为 5min，然后将其取出用洗耳 球吹掉孔道中的分子筛 — 硅溶胶溶液，使其没有出现堵孔现象。 接着，将其放入 100℃的烘箱中进行干燥。 如此反复多次进行涂覆，直到达到自己所需的涂覆量为止。 最后，需要将涂有分子筛 — 硅溶胶的堇青石放入马弗炉中进行焙烧，程序升温到 550℃，恒温加热 5h。 最终得到粘结剂为硅溶胶，上胶量为 5%的 CoBeta整体式催化剂。 本实验中采用一步法，并应用不同的粘结剂硅溶胶和铝溶胶 、 上胶量分别为5%和 10%、 又通过比较之前两步法中活性较好的催化剂后制备了 FeBeta、CoBeta整体式催化剂。 第 3． 4 节 催化剂的活性 评价 3． 4． 催化剂 预 活化 制备的整体式 分子筛催化剂在 活性评价 前需进行活化 预 处理。 具体方法是：首先 将整体式催化剂装入 直流管式积分反应器的恒温区内， 接着 在 He 气氛下进行程序升温活化 预 处理，所采用的程序升温模式 是 ，从室温经 280min升至 500℃进行活化， 在 恒温 下 活化 300 min后经 60 min降至预定反应温度即可 完成预活化。 3． 4． 催化剂性能评价实验装置 应用于笑气分解的整体式催化剂的研究 15 在 整体式 分子筛上 N2O直接分解反应的催化剂性能评价及 其 影响因素 的 分析实验操作装置如图 23所示。 图 23 N2O催化分解活性评价实验装置 1—N2O钢瓶 2—He 钢瓶 3—减压阀 4—压力表 5—两通球阀 6—质量流量计 7—温显装置 8—温控装置 9—加热炉 10—反应管 11—三通球阀 12—气相色谱仪 流程说明： N2O和 He 分别经减压、稳压 过程 后 经 三通 阀 混合均匀后进入反应器，质量流量计控制 着 N2O和 He 的量。 经过 反应后的气体通过三通阀 后 进入气相色谱 工作站 进行产物分析。 反应条件： N2O : He = 35:65, GHSV (空速 ) = 4000 h1 3． 4． 产物组成分析 产物分析 是 在东西电子 GC4000A型气相色谱 上完成 的 ， 应用 的 检测器 为TCD检测。 （ 1） 色谱柱 气相分析色谱柱 是 Φ4 mm TDX01填充柱，用于 N O He 和N2O 四种气体的定量分析。 （ 2）色谱分析条件 经筛选 后 确定的气相色谱分析条件如 下 表 27所示。 分析过程 是 采用程序升温的方式进行， 首先在 初温 30℃ 下保持 1min，然后以 40℃ /min的速率 开始 升温至 120℃ ， 并在此温度下 保持 10min。 其中 各组分的保留时间分别为： O2 ， He ， N2O ， N2。 应用于笑气分解的整体式催化剂的研究 16 表 27色谱分析条 件 项目 气相分析 检测器 TCD 色谱柱 TDX01填充柱 柱箱温度 /℃ 25～ 90 汽化室温度 /℃ 40 检测室温度 /℃ 220 桥流 /mA 170 载气 H2 载气流速 / 19 进样量 3 ml （ 3）产物组成定量方法 色谱定量分析的依据是每个组分的量与色谱检测器产生得检测响应值成正比。 但是 同一物质在不同类型的检测器上 会 有 着 不同的响应讯号，而不同的物质在同一检测器上 的 响应值也 会产生 不同， 所以 为了使检测器 上 产生的响应讯号能够 真实的反映出物质的含量， 我们首先 就 需 要对 响应值 做相应的 校正， 需 要引入所谓 的 定量校正因子。 本实验 采用北京计量院提供的四元组分标准混合气 对 N O N2O和 He四种组分的绝对摩尔响应因子 进行 基准测定，其中，混合组成为 N2O %， He %， O2 %， N2为平衡气。 在 已经 筛选确定的色谱分析条件下， 实验 通过测量各组分的峰面积，由 下面 公式 (21)计算得 出 各组分相应的绝对响应因子 fi。 iiiyfA …………………………………( 21) 其中， yi是 标准气中 i组分的摩尔分数， Ai是 i组分色谱响 应 的 峰面积。 3． 4． 产物浓度及分解转化率的计算 （ 1）产物百分含量的计算 气相分析产物摩尔分数由式 (22)计算： 应用于笑气分解的整体式催化剂的研究 17 iiiiiifAyfA  ………………………………… (22) 式中： if 为 i物质 的 绝对摩尔响应因子； i为 O N N2O和 He； Ai为 i物质的峰面积； yi为气相产物中 i 物质 的摩尔分数。 （ 2）分解转化率的计算 反应方程式为： 222 ONON  根据 N元素守恒，可以得式 （ 23） ： 2222222 1 NNONONONONON AfAf Afx   ……………………...(2 3) 式中： 2NOx为 N2O的 分解率 第 3． 5 节 催化剂的表征 3． 5． X射线粉末衍射测定 (XRD) 分子筛物相分析采用日本理学 D/max25OOVB2+/PC型 X射线衍射仪，测试条件为： Cu靶， Kα辐射，石墨单色器，管电压 40kV，管电流 200mA，扫描范围 2θ =550176。 3． 5． 扫描电子显微镜 （ SEM） 测试 为了对制得的整 体式分子筛催化剂进行进一步分析 ， 我们采用了 SEM（扫描电子显微镜）进行表征。 整体式催化剂在 20 kV加速电压下 进行 测试。 应用于笑气分解的整体式催化剂的研究 18 第 4 章 整体式 分子筛催化剂的性能评价 本章实验中，我们首先对应用两步法制备的经过 Co、 Fe离子改性 的 Beta、ZSM MCM4 MOR、 FER整体式催化剂共 10种 样品进行了直。