PDF《甲烷二氧化碳重整催化剂的设计合成》

大连理工大学

2017 届本科生校优秀毕业设计(论文)摘要

1 甲烷二氧化碳重整催化剂的设计合成 化工与环境生命学部化学工程与工艺(催化化学与工程)1301 班 王诗晴 指导教师 陆安慧 甲烷二氧化碳重整反应可以充分利用资源,生产低合成气比的 H2/CO.

镍基催化 剂价格低廉、储量丰富,且初始活性可与贵金属相媲美,具有较好的工业应用前景, 但由于镍基催化剂在反应过程中容易烧结、积碳而失活,所以如何通过催化剂的设计 合成,提高镍基催化剂的抗烧结、抗积碳性能是亟待解决的关键问题. 本论文以 Ni-Mg-Al 水滑石为前驱体,通过 SiO2 的可控包覆,合成了具有包覆结 构的新型 NiMgAl@SiO2 催化剂.在甲烷二氧化碳重整反应中,具有包覆结构的催化 剂表现出优异的活性和稳定性.当反应温度为

700 ° C,反应空速为

60000 mL/( gcat・ h) (CH4 : CO2: N2 = 1: 1: 3)时,NiMgAl@SiO2 催化剂的甲烷转化率为 85%,二氧化碳 转化率为 88%,反应

20 h 无明显变化,积碳量为 3.79%,而未包覆的 NiMgAl 催化剂 虽然具有较高的初始反应活性,但反应

8 h 后因积碳过多而失活.包覆型催化剂的高 稳定性可能源于以下几方面:SiO2 包覆层通过物理限域作用保持了片层结构的稳定, 防止了镍纳米粒子的长大,进而提高了催化剂的抗积碳性能;

以水滑石为前驱体制得 的催化剂中镍纳米粒子与载体具有较强的相互作用,阻止了镍粒子在高温下的团聚, 从而提高了催化剂的稳定性;

此外,强碱性位的存在有效地防止了积碳. 关键词:甲烷二氧化碳重整;

限域效应;

镍基催化剂;

水滑石 大连理工大学

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2 细胞三维扩增培养用微载体的制备及表征 化工与环境生命学部化学工程与工艺(化学工程)1301 班 海清晨 指导教师 宋克东 在组织工程学中,相比于传统的细胞单层培养法,通过微载体来培养细胞不仅可 以增大培养的比表面积,还能为细胞提供三维(3D)的生长环境.细胞的生长形态也 会随微球的形貌变得更加立体,同时这种培养方式更能模拟生物体内微环境. 基于此,本文根据乳化分散溶剂挥发法设计制备了左旋聚乳酸(PLLA) 、左旋聚 乳酸/ 纳米羟基磷灰石(PLLA/nHAP )及左旋聚乳酸/ 纳米羟基磷灰石/ 壳聚糖 (PLLA/nHAP/Chitosan)三种微载体.本文通过单因素分析选择了一组较为适宜的浓 度制备微球,通过

55 目及

65 目检验筛筛分后,用于后续粒径分析,扫描电镜观察, 能谱及红外分析,结果发现左旋聚乳酸微球的平均直径是 291.88±30.74μm,掺入一定 量纳米羟基磷灰石后微球的平均直径为 275.69±30.62μm,交联后微球的平均直径下 降,为269.43±26.32μm.三者的表面结构各不相同,交联后微球的粗糙度增加;

成分 分析证明了纳米羟基磷灰石和壳聚糖的存在;

将微载体用于 MC3T3-E1 成骨样细胞培 养,发现三者都具有良好的细胞相容性,但PLLA/nHAP 微载体具有最大的促细胞增 殖效率. 关键词:组织工程;

微载体;

聚乳酸;

成骨细胞;

体外培养 大连理工大学

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3 全钒液流电池用磷酸锆/Nafion

212 复合膜的研究 化工与环境生命学部化学工程与工艺(国际班)1302 班陈凡指导教师 吴雪梅 全钒氧化还原液流电池(VFB)因能量效率高,绿色环保等优点被广泛用于新能 源领域.离子交换膜作为 VFB 的关键组件,主要起到分隔正负电解液,选择性通过离 子连通电路的作用.其中,全氟磺酸质子交换膜(Nafion 膜)因化学稳定性好,质子 传导性能优异得到商业化.然而 Nafion 膜依然面临钒离子渗透率严重等问题,造成电 池性能低下,容量衰减严重,限制了其进一步商业化进程.因此,对Nafion 膜进行改 性降低阻钒离子渗透势在必行. 本文通过浸渍法引入磷酸锆制备磷酸锆/Nafion

212 复合膜(ZrP/N212) ,通过 ZrP 填充及覆盖离子簇降低钒离子渗透,利用 ZrP 携带磷酸基团减小质子传导性能损失, Nafion 交联剂防止涂层干裂提高稳定性,以此提高电池性能.首先,采用水热法制备 ZrP, 探究了反应温度和溶液浓度对晶体形貌的影响. 然后, 采用浸渍法制备 ZrP/N212 复合膜,探究浸渍次数对膜性能的影响.结果显示,改性后复合膜吸水率及溶胀度均 降低,机械性能提高.一次浸渍改性的复合膜(ZrP/N212-1)性能最佳,钒离子渗透 系数降低 43.4%,面电阻仅增长 4.32%,库伦效率(CE 80.4~96.4%)和能量效率(EE 75.7~80.9%)较N212 膜(CE 66.9~91.7%, EE 63.1~75.6%)提高显著.容量衰减降低 为0.31%/循环,同时保持优异稳定性.可见,ZrP 改性制备 ZrP/N212 复合膜具有关阔 的应用前景. 关键词:全钒液流电池;

Nafion 膜;

磷酸锆;

复合膜 大连理工大学

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4 V 形超疏水表面冷凝液滴动态的实验研究 化工与环境生命学部化学工程与工艺(国际班)1301 班 刘辰h 指导教师 马学虎 蒸气冷凝是化工、发电、动力和节能等领域中重要的换热过程之一,强化冷凝传 热性能对节约资源、环境保护等具有重要意义.因此,蒸气冷凝强化传热的研究有着 十分重要的价值.滴状冷凝过程是以核化、冷凝直接长大、液滴合并和液滴脱落四个 阶段为生命周期的循环过程.因此,针对冷凝过程中不同阶段的需求对表面进行结构 优化,对于增强液滴的动态特性、强化冷凝传热受到越来越多人的关注. 本文设计了具有不同结构参数的 V 形槽结构表面, 并利用化学刻蚀和气相沉积的 方法,制备成 V 形槽超疏水表面.同时,进行了结构表征和接触角表征,观测了表面 微纳米级粗糙结构形态,测得其静态接触角约为 160° . 实验拍摄了具有不同结构参数的 V 形槽超疏水表面上冷凝液滴的动态行为, 并根 据冷凝图像和后期数据处理分析了 V形角度 β 和 V形槽深度 h 这两个典型结构参数对 液滴冷凝过程中各个阶段的影响.V 形槽夹角大小决定了其对液滴的空间限制和挤压 作用强弱, 而深度的大小主要通过不凝气累积效应影响悬靠冷凝液滴距离 V 形槽底部 的初始距离. 当深度较小时, 夹角越大的的 V 形槽表面内悬靠液滴下表面距 V 形槽底 部的距离相近,而上表面增大,上下表面的瞬时速度变化较弱,弹跳液滴的尺寸增大;

而当夹角和深度均较大时,悬靠液滴的上下液面距 V 形槽底部距离减小,其冷凝效果 与平整超疏水表面相类似,液滴脱落尺寸较大且互相接近. 关键词:V 形结构;

液滴动态;

滴状冷凝;

超疏水表面 大连理工大学

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5 微通道连续合成 MOF 功能材料 化工与环境生命学部化学工程与工艺(国际班)1302 班李从指导教师 王瑶近些年来,由于化工行业对于 微型化 、 精准化 、 绿色化 的要求不断提高, 微反应器走进研究视野,微通道反应器也因为具有传统反应器不可比拟的优势而得到 了广泛关注. 与此同时, MOF 材料因为具有极高的比表面积以及可修饰性也成为研究 热点. 本文依据 MOF 材料制备条件以及相关技术要求,成功组装搭建了一套微通道反 应装置,并用此装置合成了锆基系列的 MOF 功能材料,即UiO-66 系列,其中包括 UiO-66,UiO-66-NH2 和UiO-66-Br.通过对比表明,使用微通道制备的 UiO-66 比使 用普通溶剂热法制备的形貌更加规整、大小均匀且粒径最小,证实了微通道应用于 MOF 材料合成具有时间短、效率高、粒径可调以及可连续生产等优点. 文中考察了进料流量和反应温度等条件对 UiO-66 的形貌、结晶度、尺寸和产率 的影响,探讨反应条件对于 MOF 材料的影响机制.可以发现,在内交叉指型微通道 混合器中,随着总流量的减小,加热时间增加,合成出的 UiO-66-NH2 晶体的粒径变 大,结晶度变大.采用内交叉指型微通道混合器制备出不同反应温度下的 UiO-66-Br, 随着温度的升高,产率变大,但是结晶度降低. 文中在合成官能团改性的双配体 MOF 的基础上,负载了活性金属钯,证实了使 用微通道合成的 MOF 材料可以应用于加氢脱硫反应中. 关键词:微通道反应器;

金属有机框架(MOF) ;

UiO-66;

溶剂热合成法;

加氢脱硫 大连理工大学

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6 合成气高选择性制低碳烯烃的催化剂研究题目 化工与环境生命学部化学工程与工艺(化学工艺)1301 班 银光照 指导教师 胡浩权 将煤、天然气、生物质等非石油基资源经合成气转化为低碳烯烃等化学品(FTO) 对于缓解对石油资源的依赖,特别是充分利用我国丰富的煤炭资源具有重要意义.而 实现这一技术路线的关键在于高活性、高选择性催化剂的设计开发. 铁基催化剂因其在 FTO 反应中具有较高的水气变换活性、 较高的烯烃选择性等优 势而备受研究者青睐.本研究工作通过添加 Na、S 助剂,研制了一种在 FTO 反应中 具有较高催化活性和低碳烯烃选择性的 Fe 基催化剂. 在空速

9000 h -1 ,

320 ℃,

1 MPa 反应条件下,CO 的转化率可达 42.8%,产物中甲烷选择性为 8.4%,低碳烯烃选择性 达到 60.7%. 论文研究了两种助剂 Na、S 对催化剂活性和选择性的影响.结果表明:1)催化 剂的活性和低碳烯烃选择性随 Na 含量呈现 双峰 分布,即当 Fe/Na=1/1 和5/1 时, CO 转化率大于 37%, 低碳烯烃选择性大于 60%, 而当 Fe/Na=2/1 和1/3 或者催化剂中 不含 Na 时,催化活性远低于上述两种催化剂.原位 XRD 表征结果显示,反应后两种 高活性催化剂中均形成了 Fe5C2 活性物种.结合 TEM 表征,我们推测 Na 含量不同而 活性相似的原因可能是两种催化剂中 Fe5C2 暴露的晶面不同.2)单独添加 S 作为助剂 时,S 会毒化催化剂而使其失活.而在添加 Na 的同时添加适量的 S 时,S 反而能降低 产物中甲烷的选择性,提高碳氢化合物中低碳烯烃的比例. 关键词:费托合成;

低碳烯烃;

合成气;

催化剂 大连理工大学

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7 微反应器内基于沉淀法无机材料的可控制备 化工与环境生命学部化学工程与工艺(化学工艺)1301 班 罗腊梅 指导教师 张雄福 微反应器的内部通道特征尺寸低至数十至数百微米,大幅减小了反应物料的扩散 距离, 并可提供高达

10 3 ~10

5 m

2 /m

3 的相界面积, 与传统反应器相比热质传递速率提升 了1~3 个数量级.在微反应器内,反应物料特征混合时间为毫秒级,沉淀反应可在分 子水平均匀混合的条件下进行.加之,微反应器具有体积小、易放大、过程连续可控 等优点,在基于沉淀法制备无机纳米材料领域具有明显优势.本论文结合工业应用实 际要求,对微反应器内基于沉淀法硫酸钡(BS)以及磷酸铁(FP)的可控制备进行了 系统研究,主要结论如下: 1.在T型微反应器内实现了形貌规则、粒度分布窄的纳米 BS 的高通量连续制 备,考察了操作条件对 BS 特征参数(形貌、粒径及粒径分布)的影响规........