CH4/CO2於CeO2氧化物與CexZr1-xO2共氧化物負載式Pt觸媒之重組反應研究

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陳彥廷(Yang-Ting Chen) 查詢紙本館藏

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化學工程與材料工程學系

論文名稱

CH4/CO2於CeO2氧化物與CexZr1-xO2共氧化物負載式Pt觸媒之重組反應研究

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摘要(中)

本研究利用具釋氧/儲氧redox特性的CeO2氧化物與CexZr1-xO2共氧化物擔體，製備Pt/CeO2(or CexZr1-xO2)觸媒，另以臨溼含浸法將CeO2氧化物與CexZr1-xO2共氧化物負載在大表面基材的SiO2及Al2O3上做為擔體，製備Pt/[CeO2/SiO2(or Al2O3)]及Pt/[CexZr1-xO2/SiO2(or Al2O3)]觸媒，並進行CH4/CO2重組反應研究。
CeO2的Ce3+/Ce4+ redox特性，能促使Pt/CeO2觸媒維持相當的活性與穩定性。ZrO2引入CeO2中，可固溶形成CexZr1-xO2，CexZr1-xO2共氧化物擔體，比CeO2氧化物更易釋出晶格氧，具較高redox特性。600℃模式反應條件下進行CH4/CO2重組反應的結果，Pt/CexZr1-xO2比Pt/CeO2具較高TOF值，隨ZrO2含量增加，TOF值亦明顯上升，0.5%Pt/Ce0.5Zr0.5O2具最高TOF值，約為0.5%Pt/CeO2觸媒的三倍。CexZr1-xO2共氧化物比CeO2氧化物擔體更能有效的抑制積碳，並強化觸媒活性。
x%CeO2/SiO2(or Al2O3)擔體隨著CeO2負載量(5~30%)的增加，孔徑分佈範圍並未明顯改變，但孔洞體積隨負載量增加而減少，CeO2可均勻分佈在SiO2與Al2O3擔體上。0.5%Pt/[x%CeO2/SiO2]觸媒及0.5%Pt/[x%CeO2/Al2O3]觸媒，在600℃模式反應條件下進行重組反應，隨CeO2負載量增加，觸媒穩定度增加，CH4及CO2轉化率亦上升。0.5%Pt/[15%CeO2/SiO2]之CH4轉化率約為0.5%Pt/SiO2七倍，0.5%Pt/[15%CeO2/Al2O3]觸媒CH4轉化率約為0.5%Pt/Al2O3觸媒四倍。CeO2鋪覆至SiO2與Al2O3可增加CeO2與Pt的分散性及反應活性，並維持CeO2 redox特性。
CexZr1-xO2共氧化物負載至SiO2與Al2O3擔體表面，CeO2與ZrO2有個別聚集的相分離現象，無法獲得CexZr1-xO2共溶特質的表面相氧化物。0.5%Pt/[15%CexZr1-zO2/SiO2]與0.5%Pt/[15%CexZr1-zO2/Al2O3]觸媒於CH4/CO2重組反應中無法顯現CexZr1-xO2較佳的redox特性，雖CexZr1-xO2 redox特性無法顯示，但CeO2 redox特性仍可抑制觸媒失活。
0.5%Pt/CeO2、0.5%Pt/Ce0.8Zr0.2O2及0.5%Pt/[15%CeO2/Al2O3]觸媒隨著反應溫度上升，轉化率皆上升，且能維持良好的穩定性，CO/H2比值接近1，因蒸氣重組反應於高溫下亦同時發生，使CO/H2比值趨近理論值1。0.5%Pt/[15%CeO2/SiO2]觸媒，隨反應溫度上升，轉化率亦上升，但熱穩定性較差，這是負載在SiO2上的CeO2燒結所致，部分Pt無法有效分散在CeO2上。0.5%Pt/[15%CeO2/Al2O3]觸媒，在高溫下，可維持長時間的熱穩定性，歸因於CeO2與Al2O3存在較強作用力，高溫環境下，負載在Al2O3上的CeO2不易燒結，與Pt觸媒仍可維持良好的分散接觸，從而維持觸媒良好的穩定性。
CH4及CO2脈衝反應顯示，CeO2與CexZr1-xO2共氧化物擔體具高度redox能力，能釋出晶格氧與Pt碳物種反應，並能分解吸附CO2將晶格氧回填。此外CeO2負載至大表面積的SiO2與Al2O3擔體仍可保持redox特性。

關鍵字(中)

★ CeO2
★ CexZr1-xO2
★ Pt觸媒
★ CH4/CO2重組反應

關鍵字(英)

論文目次

目錄
第一章緒論 1
第二章文獻回顧 3
2-1 CexZr1-xO2的結構特性與氧化還原特性 …………………3
2-2 CH4/CO2在過渡金屬觸媒上之重組反應 …………………9
2-2-1 Ru、Rh、Pd觸媒 …………………………………………10
2-2-2 Pt金屬觸媒 ………………………………………………15
2-2-3 Ni金屬觸媒 ……………………………………………20
第三章實驗方法與設備 25
3-1 CexZr1-xO2擔體之製備擔體之製備 ………………………25
3-2 CexZr1-xO2/SiO2及CexZr1-xO2/

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指導教授

陳吟足、廖炳傑
(Yin-Zu Chen、Biing-jye Liaw)

審核日期

2003-6-30

推文