镁基储氢材料中添加催化剂用于噻吩加氢反应的研究

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镁基储氢材料中的高活性氢在一定温度下可用于噻吩发生加氢脱硫反应。在镁基储氢材料中添加催化剂,可以有效改善材料的吸放氢性能。本文以Mg和微晶碳为原料,Fe2O3为催化剂,通过机械力球磨法制备的镁基储氢材料70Mg20C10Fe2O3(质量比)用于噻吩(800 ppm气样)加氢反应。使用电子扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、气相色谱仪(GC)、气质联用仪(GC-MS)、HC-5型硫分析仪和排水放氢测试装置等测试手段,对镁基储氢材料70Mg20C10Fe2O3及噻吩加氢脱硫气固相产物进行了表征和分析。本文还讨论了球磨时间、反应温度和反应时间等因素对镁基储氢材料70Mg20C10Fe2O3吸放氢性能和噻吩加氢反应的影响。  研究表明,添加Fe2O3为催化剂可以有效改善材料的放氢性能。1 MPa氢气气氛、球磨3h分别制备70Mg20C10Fe2O3和70Mg30C,70Mg20C10Fe2O3在500℃放氢量可达540 mL/g,同条件下比70Mg30C多30 mL/g,并且放氢速度比70Mg30C快。在360℃与噻吩发生加氢反应时,70Mg20C10Fe2O3的噻吩转化率可达87.9%,同条件下比70Mg30C的噻吩转化率高出9.1%。  通过对材料70Mg20C10Fe2O3放氢气体组成检测表明,材料受热放出气体除了氢气外,还有甲烷、乙烷、丙烯和丙烷;从70Mg20C10Fe2O3噻吩加氢反应气相产物中检测出丁烷、正丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异丁烷等的存在,HC-5型硫分析仪未检测出H2S。  通过TEM表征发现,球磨1~3 h的70Mg20C10Fe2O3颗粒大小不一,粒径在几十和数百纳米之间。随着球磨时间1~3 h增加,材料的颗粒大小更加均匀,平均粒度减小,材料的放氢量相应增大。在360℃发生加氢反应时,噻吩最大转化率随着球磨时间的增大逐渐增大,依次为58.5%、73.8%和87.9%。  储氢材料70Mg20C10Fe2O3在不同温度下分别进行放氢实验和噻吩加氢实验,发现随着温度的升高,材料的放氢量不断增多,材料的噻吩转化率相应增大。此外,储氢材料70Mg20C10Fe2O3的噻吩转化率随着反应时间增长呈现先增大,后减小的趋势,在反应时间为40 min时,噻吩转化率达到最大值。  材料70Mg20C10Fe2O3最佳制备条件为,氢气压力1 MPa,球磨时间3 h;与噻吩加氢反应最佳条件,反应温度360℃,反应压力0.8 MPa。
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