催化甲醇分解的研究进展

催化甲醇分解的研究进展摘要：由于能源的日益匮乏和环境的恶化，开发新能源被提上议程，甲醇催化分解过程越来越受到重视，研究者们进行了大量的研究并取得了显著的进展，本文简要概括了催化甲醇分解过程的研究进展。关键字：甲醇分解，催化剂汽车尾气和发电厂废气是最大的两个空气污染源，其中前者带来的污染占整个大气污染的42%[1]。随着经济的发展和生活水平的不断提高，环境污染问题已经引起了越来越广泛的重视。美国于1990年通过了空气净化法，要求在20世纪90年代末将汽车尾气的污染物排放量降低90%[2]。洁净燃料的开发已成为当前的研究热点。目前氢气是最洁净的燃料，但氢气的储存和运输非常困难，而且价格昂贵。甲醇被认为是一种最佳氢载体[3]，甲醇经水蒸气或氧气重整生成氢气和二氧化碳作为燃料电池的氢源有着广阔的应用前景。另外甲醇直接分解成氢气和一氧化碳是比未分解的甲醇和汽油更洁净有效的燃料，可以用作汽车和气体涡轮机的燃料，同时也为化工厂、制药厂、材料加工厂等提供了一个简便而经济的一氧化碳及氢气来源[4]。甲醇分解是吸热反应,利用汽车尾气的废热为分解提供热量，能够增加燃料的热值，提高其利用率。目前工业上合成甲醇常用的Cu2Zn2Al催化剂在用于甲醇分解时效率很低，很容易失活。在过去的十年里，有关甲醇分解催化剂的研究已经取得了显著进展，但是催化剂的活性尤其是低温活性和稳定性是目前急待解决的两大难题[5]。1.铜基催化剂3.甲醇分解的其他途径3.1水蒸气重改由于CO能使车载PEMC电池的铂电极中毒，所以甲醇直接分解产物不宜用作车载燃料电池的燃料，而水蒸汽重整是甲醇制H2的诸过程中产物H2含量最高的一种方法，CO含量低，有利于燃料电池的装车[17]。不少研究者对甲醇水蒸汽重整机理进行了大量研究。早期学者认为重整机理是分解-水汽转换机理[18]。后来日本学者Takezawa对水蒸汽重整机理作了如下概括：在Cu基催化剂上，反应遵循机理1，而在贵金属催化剂上则遵循机理2。马福善等[19]对Cu/Zn/Al催化剂上甲醇水蒸汽重整进行了动力学研究，认为在铜基催化剂上水蒸汽重整过程中同时包括着甲醇分解、水蒸汽重整和水汽转换三个过程，而且水蒸汽重整和水汽转换的反应活性中心不一样，并建立了包括这三个反应的动力学模型，从而得出甲醇分解和水蒸汽重整的决速步骤是吸附的甲氧基脱氢，而水汽转换的反应决速步骤是吸附的羟基与CO形成表面酸物种。进一步降低产物中CO的浓度和反应温度，以及为反应提供大量气化潜热实现反应扇量的自维持是水蒸汽重整需要解决的问题。3.2部分氧化水蒸汽重整是强烈的吸热反应，需要外部热源，影响燃料电池的装车，所以氧化重整的开发势在必行。部分氧化制氢是放热反应，反应速度快，条件温和。高俊文等[20]提出部分氧化气作为汽车燃料能降低污染物的排放和热量损失，但输出功率将降低，建议在低负载时用甲醇分解气或部分氧化气，而在高负载时用甲醇/汽油的混合物作燃料。单纯氧气重整的产物纯度低，CO浓度高，所以不少研究者把氧气重整和水蒸汽重整结合起来，希望用氧气重整供热,而用水蒸汽重整供氢，并且已经有人[21]进行了相应催化剂的开发和反应器的设计。但水蒸汽重整催化剂在氧气存在时很容易失活，这是目前尚有待解决的问题。4．结语综上所述甲醇裂解催化体系已取得一定的突破，但也存在一些有待解决的问题，尽快研制出高效价格低廉的催化剂尤为重要。由此可见甲醇分解催化剂的研究还有很长的路要走。但我们相信，许多先进的检测、制备技术的开发与应用也将使甲醇分解技术提高到一个崭新的水平。[1]陈兵.甲醇燃料电池电动车上制氢方法研究进展[J].天然气化工,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]郭宪吉,张利秋.含锰铜基甲醇催花剂的性能及其结构研究[J],工业催化,1999,6:22-26.[5]ThomasC.E.IntJHydrogenEnergy[J],1998,23(6):507-511.[6]刘兴泉,杨迎春,吴玉塘,刘晰,于作龙.低温合成甲醇及甲酸甲酯Cu2Cr2M2O催化剂的制备与表征[J].催化学报,2000,21(1):43-46.[7]张荣.甲醇催化脱氢制无水甲醛催化体系研究进展[J].天然气化工,1999,24:43-47.[8]齐共新.Cu-MnOx/AL2O3催化剂上CO2加氢反应的研究[J].石油化工,1999,28:660-662.[9]陈兵.甲醇水蒸气重整反应制氢的研究[J].天然气化工,2000,25:1-3.[10]董林.催化学报(DongL.ChinJCatal),2009,30:1150[11]HuangTJ,KungYC.CatalLett,2003,85:49[12]周广林,房德仁,程玉春,杨玉兰.铜基甲醇合成催化剂失活原因的探讨[J].工业催化,1999,(4):56-60.[13]陕西省化肥工业研究所情报室译.低温变换催化剂活性衰退的原因[J].化肥与催化,1982:89-96.[14]万海琴,于洁等.关于低压合成甲醇铜基催化剂活性降低问题的研究[J].天然气化工,1986,(5):22-26.[15]宁文生,朱海新,胡在珠,刘化章.超细态CuO-ZnO-AL2O3催化剂的CO2+H2反应性能[J],工业催化,2000,8(2):18-22.[16]张存旺，李才月在Lurgi型甲醇催化铜基催化剂活性.天然气化工[J],1993,18(5):15-19.[17]MillsG.A.,SteffenF.W..CatalyticMethanation[J].Catal.Rev.,1973,8:159-200.[18]马福善,任佩敏.关于低压合成甲醇铜基催化剂活性降低问题的研究[J].天然气化工,1986,(5):22-26.[19]爱笃,王树东,付桂芝,吴迪镛.甲醇水蒸气、氧气重整制氢研究进展——质子交换膜燃料电池轻源开发[J]