催化甲醇分解的研究進展

催化甲醇分解的研究進展摘要：由于能源的日益匱乏和環(huán)境的惡化，開發(fā)新能源被提上議程，甲醇催化分解過程越來越受到重視，研究者們進行了大量的研究并取得了顯著的進展，本文簡要概括了催化甲醇分解過程的研究進展。關鍵字：甲醇分解，催化劑汽車尾氣和發(fā)電廠廢氣是最大的兩個空氣污染源，其中前者帶來的污染占整個大氣污染的42%[1]。隨著經濟的發(fā)展和生活水平的不斷提高，環(huán)境污染問題已經引起了越來越廣泛的重視。美國于1990年通過了空氣凈化法，要求在20世紀90年代末將汽車尾氣的污染物排放量降低90%[2]。潔凈燃料的開發(fā)已成為當前的研究熱點。目前氫氣是最潔凈的燃料，但氫氣的儲存和運輸非常困難，而且價格昂貴。甲醇被認為是一種最佳氫載體[3]，甲醇經水蒸氣或氧氣重整生成氫氣和二氧化碳作為燃料電池的氫源有著廣闊的應用前景。另外甲醇直接分解成氫氣和一氧化碳是比未分解的甲醇和汽油更潔凈有效的燃料，可以用作汽車和氣體渦輪機的燃料，同時也為化工廠、制藥廠、材料加工廠等提供了一個簡便而經濟的一氧化碳及氫氣來源[4]。甲醇分解是吸熱反應,利用汽車尾氣的廢熱為分解提供熱量，能夠增加燃料的熱值，提高其利用率。目前工業(yè)上合成甲醇常用的Cu2Zn2Al催化劑在用于甲醇分解時效率很低，很容易失活。在過去的十年里，有關甲醇分解催化劑的研究已經取得了顯著進展，但是催化劑的活性尤其是低溫活性和穩(wěn)定性是目前急待解決的兩大難題[5]。1.銅基催化劑3.甲醇分解的其他途徑3.1水蒸氣重改由于CO能使車載PEMC電池的鉑電極中毒，所以甲醇直接分解產物不宜用作車載燃料電池的燃料，而水蒸汽重整是甲醇制H2的諸過程中產物H2含量最高的一種方法，CO含量低，有利于燃料電池的裝車[17]。不少研究者對甲醇水蒸汽重整機理進行了大量研究。早期學者認為重整機理是分解-水汽轉換機理[18]。后來日本學者Takezawa對水蒸汽重整機理作了如下概括：在Cu基催化劑上，反應遵循機理1，而在貴金屬催化劑上則遵循機理2。馬福善等[19]對Cu/Zn/Al催化劑上甲醇水蒸汽重整進行了動力學研究，認為在銅基催化劑上水蒸汽重整過程中同時包括著甲醇分解、水蒸汽重整和水汽轉換三個過程，而且水蒸汽重整和水汽轉換的反應活性中心不一樣，并建立了包括這三個反應的動力學模型，從而得出甲醇分解和水蒸汽重整的決速步驟是吸附的甲氧基脫氫，而水汽轉換的反應決速步驟是吸附的羥基與CO形成表面酸物種。進一步降低產物中CO的濃度和反應溫度，以及為反應提供大量氣化潛熱實現反應扇量的自維持是水蒸汽重整需要解決的問題。3.2部分氧化水蒸汽重整是強烈的吸熱反應，需要外部熱源，影響燃料電池的裝車，所以氧化重整的開發(fā)勢在必行。部分氧化制氫是放熱反應，反應速度快，條件溫和。高俊文等[20]提出部分氧化氣作為汽車燃料能降低污染物的排放和熱量損失，但輸出功率將降低，建議在低負載時用甲醇分解氣或部分氧化氣，而在高負載時用甲醇/汽油的混合物作燃料。單純氧氣重整的產物純度低，CO濃度高，所以不少研究者把氧氣重整和水蒸汽重整結合起來，希望用氧氣重整供熱,而用水蒸汽重整供氫，并且已經有人[21]進行了相應催化劑的開發(fā)和反應器的設計。但水蒸汽重整催化劑在氧氣存在時很容易失活，這是目前尚有待解決的問題。4．結語綜上所述甲醇裂解催化體系已取得一定的突破，但也存在一些有待解決的問題，盡快研制出高效價格低廉的催化劑尤為重要。由此可見甲醇分解催化劑的研究還有很長的路要走。但我們相信，許多先進的檢測、制備技術的開發(fā)與應用也將使甲醇分解技術提高到一個嶄新的水平。[1]陳兵.甲醇燃料電池電動車上制氫方法研究進展[J].天然氣化工,2000,25:47-50.[2]NationalResearchCounciloftheUnitedStates,CatalysisLookstoFuture[M].WashtonD.C.,USA:TheNationalAcademyPress,1992.[3]WinterC.J.HytimeItIsHighTimeforHydrogen[C].Proceedingsofthe11thWorldHydrogenEnergyConference,Stuttgart,Germany,June1996:3-12.[4]郭憲吉,張利秋.含錳銅基甲醇催花劑的性能及其結構研究[J],工業(yè)催化,1999,6:22-26.[5]ThomasC.E.IntJHydrogenEnergy[J],1998,23(6):507-511.[6]劉興泉,楊迎春,吳玉塘,劉晰,于作龍.低溫合成甲醇及甲酸甲酯Cu2Cr2M2O催化劑的制備與表征[J].催化學報,2000,21(1):43-46.[7]張榮.甲醇催化脫氫制無水甲醛催化體系研究進展[J].天然氣化工,1999,24:43-47.[8]齊共新.Cu-MnOx/AL2O3催化劑上CO2加氫反應的研究[J].石油化工,1999,28:660-662.[9]陳兵.甲醇水蒸氣重整反應制氫的研究[J].天然氣化工,2000,25:1-3.[10]董林.催化學報(DongL.ChinJCatal),2009,30:1150[11]HuangTJ,KungYC.CatalLett,2003,85:49[12]周廣林,房德仁,程玉春,楊玉蘭.銅基甲醇合成催化劑失活原因的探討[J].工業(yè)催化,1999,(4):56-60.[13]陜西省化肥工業(yè)研究所情報室譯.低溫變換催化劑活性衰退的原因[J].化肥與催化,1982:89-96.[14]萬海琴,于潔等.關于低壓合成甲醇銅基催化劑活性降低問題的研究[J].天然氣化工,1986,(5):22-26.[15]寧文生,朱海新,胡在珠,劉化章.超細態(tài)CuO-ZnO-AL2O3催化劑的CO2+H2反應性能[J],工業(yè)催化,2000,8(2):18-22.[16]張存旺，李才月在Lurgi型甲醇催化銅基催化劑活性.天然氣化工[J],1993,18(5):15-19.[17]MillsG.A.,SteffenF.W..CatalyticMethanation[J].Catal.Rev.,1973,8:159-200.[18]馬福善,任佩敏.關于低壓合成甲醇銅基催化劑活性降低問題的研究[J].天然氣化工,1986,(5):22-26.[19]愛篤,王樹東,付桂芝,吳迪鏞.甲醇水蒸氣、氧氣重整制氫研究進展——質子交換膜燃料電池輕源開發(fā)[J]