1、 毕业论文 开题报告 化学工程与工艺 蜂窝状整体式催化剂的涂层工艺研究 一、选题的背景、意义 （所选课题的历史前景、国内外研究现状和发展趋势） 近年来，化学工业已经确立了一个十分清晰地发展方向，即实现安全、清洁、高效的生产方式，最终目标是实现零排放的生产过程，以满足环保和可持续发展的要求。实现的途径包括，在化学方面开发新的、选择性更高的催化剂；工业方面寻找新的、高效、污染更少的工艺技术路线。因而，对于一个催化反应体系，不仅要考虑分子层面的活性位和诸如孔隙率、催化剂形状、微观结构和组成等催化剂方面的问题，还要考虑反 应物与产物的扩散、热传递等反应动力学相关因素以及相关反应器的设计。传统的催化剂通
2、常为颗粒状，并采用固定床反应器，要求克服它们存在的一些明显的缺点，比如：传质与传热的限制、催化剂床层压降大、气流分布不均、反应物在催化剂颗粒表面分布不均以及催化剂床层个点温度梯度大等。在这样的背景下，提出整体式催化剂的设想，它能克服上述传统催化剂的不足，使用大空速运行，并能强化化工过程，形成更为紧凑、清洁和节能的新工艺，成为当今多相催化领域中最具发展潜力的研究方向之一。 CuO/CeO2 水煤气变换催化剂凭借良好的催化活性和稳定性 、低廉的价格、不需预还原活化处理而逐步受到研究者的关注。本选题用 CuO/CeO2 水煤气变换催化剂、堇青石蜂窝状载体制成整体式催化剂。 二、相关研究的最新成果及动
3、态 目前，催化剂研究者们正在积极开展针对不同反应的整体式蜂窝状催化剂的研究，如：（ 1）整体式 H2 与 CO 的甲烷化催化剂；（ 2）整体式甲烷催化燃烧催化剂；（ 3）整体式 F-T 合成催化剂；（ 4）整体式气相光催化化 VOC 的 TiO2 催化剂；（ 5）整体式丙烷脱氢催化剂；（ 6）环己酮、甲醇和乙烯等选择性催化氧化等。 目前，整体式催化剂应用最成熟的领域就是汽车尾气净 化，其他包括催化燃烧 1-4、臭氧消除 5， NOx 的选择性消除 6,7，加氢 /脱氢反应 8,9， F-T 合成 10， CO 氧化 11,12，以及甲烷和烃类重整 13的应用越来越多。近年来，整体式催化剂也被试
4、图用于水煤气变换反应中。 Tonkovich 等 14以泡沫状整块金属镍为载体，负载 ZrO2 涂层，采用浸渍法负载Ru 活性组分，制成整体式催化剂，并用于甲醇燃料电池汽车上微通道水煤气变换反应器中，对反应动力学进行了初步研究，并与粉末状催化剂进行比较。结果表明，由于整体式微通道反应器能够降低热量和物质 传递对变换反应的限制，因而能有效地制止副产物（如 CH4）的生成；同时能缩短接触时间，仅有毫秒级；其体积可以减小到传统固定床反应器的 1/101/100。此外， Goerke 等 15采用分步浸渍法（先浸渍第二载体再浸渍活性组分），将 Ru/ZrO2 涂覆在 FeCrAl 和不锈钢片上，经过干
5、燥焙烧过程组装成微反应器用于水煤气变换反应，表现出良好的催化活性。王树东课题组 16,17采用先涂覆Ce0.8Zr0.2O2 涂层于堇青石载体上，再浸渍 Pt 或 Re 作为活性组分，详细考察了制备参数对整体式催化剂水煤气变换反应活性的影 响，同时也对其反应动力学进行了研究。 本课题首次将催化剂活性组分采用涂敷浸渍法涂敷在堇青石蜂窝载体上，制备成了新型的水煤气变换反应整体式催化剂。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 研究方法 本课题拟在载体的不同处理的情况下制备整体式变换催化剂。以此来讨论不同的载体处理、 CuO 等物质对于合成整体式变换催化剂有什么影
6、响。 预期目标 获得较好的整体式变换催化剂，以及适宜的载体处理， CuO 等物质对合成的作用 四、论文详细工作进度和安排 2011 年 3 月完成开题报告、文献翻译、 文献综述； 2011 年 4 月、 5 月完成实验和论文撰写； 2011 年 6 月论文答辩。 五、主要参考文献 1 Luo MF, He M, Xie YL, Fang P, Jin LY. Toluene oxidation on Pd catalysts supported by CeO2-Y2O3 washcoated cordierite honeycomb. Appl Catal B: Environ 2007, 6
7、9 (3-4): 213-218. 2 Ma RH（ 马瑞红 ） , Su XW（ 苏孝文 ） , Jin LY（ 金凌云 ） , Lu JQ（ 鲁继青 ） , Luo MF（ 罗孟飞 ） . Preparation and characterization of Ce-Cu-O monolithic catalysts for ethyl acetate catalytic combustion. J Rare Earths, 2010, 28 (3): 383-386. 3 卢晗锋，黄海凤，刘华彦，陈银飞，刘华章 . 整体构件型 La0.8Sr0.2MnO3 催化剂的制备和催化燃烧特性 .
8、 高等化学工程学报 ， 2009， 23（ 6）： 973-978. 4 张婷，陈敏，高园园，郑小明 . 0.1%Pt-0.02%Pd/不锈钢整体催化剂上丙酮氧化性能及稳定性 . 无机化学学报 2010， 26（ 8） 1370-1374. 5 Zhou TQ, Li LD, Cheng J, Hao ZP. Preparation of binary washcoat deposited on cordierite substrate for catalytic applications. Ceramics Inter, 2010, 36: 529-534. 6 刘清雅，刘振宇，范建 . 涂
9、敷 Al2O3 的蜂窝状堇青石负载 CuO 催化剂上 NH3 选择性催化还原 NO. 催化学报， 2005， 26（ 1）： 59-64. 7 Zhao Y. J., Zhou J., Zhang J. G., Wang S. D. Liquid-phase selective hydrogenation of benzene to cyclohexene on Ru/Al2O3-ZrO2/cordierite monolithic catalysts. J Mole Catal A: Chem 2009, 309: 35-39. 8 周永华，叶红齐，金一栗 . 微乳液浸渍法制备粉状与整体式
10、Pd 催化剂及其催化加氢性能 . 石油学报， 2008， 24（ 6） :635-639. 9 Zamaniyan A, Mortazavi Y, Khodadadi AA, Manafi H. Tube fitted bulk monolithic catalyst as novel structured reactor for gassolid reactions. Appl Catal A: Gen 2010, 385: 214-223. 10 Zhao FZ, Ji SF, Wu PY, Li ZF, Li CY. Catalytic oxidation of CO over CuxC
11、e1-xO2-x/SBA-15/FeCrAl monolithic catalysts. Catal Today 2009, 147S: S215-S219. 11 曾尚红，苏海全，王岩，刘国杨，王坤，潘慧 . 制备方法对 CuO-CeO2/Al2O3/FeCrAl整体催化剂结构、粘附稳定性和催化性能的影响 . 催化学报 2010， 31（ 4）： 479-484. 12 王晨光，王铁军，吕鹏梅，常杰，徐莹 . 整体式催化剂催化重整净化生物质粗燃气性能研究 . 燃料化学学报 ， 2007， 35（ 3）： 285-288. 13 Tonkovich AY, Zilka JL, LaMont M
12、J, Wang Y, Wegeng RS. Microchannel reactors for fuel processing applications. I. Water gas shift reactor. Chem Eng Sci 1999, 54(13-14): 2947-2951. 14 Goerke O, Pfeifer P, Schubert K. Water gas shift reaction and selective oxidation of CO in microreactors. Appl Catal A: Gen 2004, 263: 11-18. 15 Du XR
13、, Gao DN, Yuan ZS, Liu N, Zhang CX, Wang SD. Monolithic Pt/Ce0.8Zr0.2O2/cordierite catalysts for low temperature water gas shift reaction in the real reformate. Int J Hydrogen Energy 2008, 33: 3710-3718. 16 杜霞茹，高典楠，袁中山，王树东 . Re/Pt/Ce0.8Zr0.2O2/蜂窝整体式催化剂上低温水煤气变换反应动力学研究 . 燃料化学学报 2008， 36（ 5）： 625-630. 17 Liang H, Zhang Y, Liu Y. Monolithic macroporous catalysts-a new route for miniaturization of water-gas shift reactor. J Natural Gas Chem 2009, 18: 436-440. 47-2951
