咔唑加脱氢性能研究

咔唑是一种新型的有机液体储氢材料,完全氢化时理论质量储氢密度为6.7wt%,达到了DOE对车载储氢系统的标准,在储氢领域具有较好的应用前景。 本文首先以Raney-Ni为催化剂,对咔唑的加氢性能进行了研究。实验发现溶剂十氢萘的加入有利于咔唑加氢反应进行；在170℃-290℃范围内咔唑的加氢量随着温度的上升呈现先增加后减小的趋势,并在250℃达到最大值；在3MPa-6MPa范围内咔唑的加氢量随压力的增大而增大；催化剂用量的增加在低用量范围内明显影响咔唑的吸氢量；8g咔唑在咔唑／十氢萘用量比值为1/5.9、250℃、5MPa和催化剂用量为0.5g的条件下,咔唑的加氢量达到较佳值0.27mol,咔唑加氢转化率为90%。 对咔唑加氢反应动力学的研究表明,咔唑加氢反应是一个由发生在催化剂颗粒上得化学反应所控制的过程,在本论文的实验条件下咔唑加氢反应表观活化能为51.93KJ/mol,表观动力学方程可表达为：robs=14.94·e-5.193×104/RTρpdp/6m·Ce 咔唑可能的加氢产物主要有五种,分别为四氢咔唑、六氢咔唑、八氢咔唑、十氢咔唑和十二氢咔唑,而GC-MS分析结果只证明了四氢咔唑、八氢咔唑和十二氢咔唑的存在,因此本文利用Gaussian软件,优化了反应物及加氢中间产物的构型,计算获得了热力学能量,对不同结构的中间产物反应难易程度及稳定性做出了合理解释。 其次,本文研究了在Pd/C的催化作用下咔唑加氢产物的脱氢反应过程,实验发现反应温度越高,起始反应速率越快、总脱氢量越多,但温度过高不利于脱氢反应的进行,较佳的脱氢温度是220℃。3ml反应产物在反应温度为220℃、催化剂用量为11.1wt%的反应条件下,脱氢量为0.14mol,脱氢转化率可达60.5%。脱氢产物以咔唑和四氢咔唑为主。 最后,本文还对脱氢催化剂Pd/Al2O3的制备进行了研究,并利用催化四氢咔唑脱氢实验测试了催化剂性能。研究表明,在浸渍温度为60℃、水合肼作为还原剂的条件下制备的1.12wt%Pd/Al2O3催化剂具有较好的催化脱氢性能,在该催化剂的存在下四氢咔唑的脱氢转化率可达75.1%。