Au/TiO2觸媒應用於水煤氣轉移反應與 富氫氣體中選擇性氧化一氧化碳

Abstract

本研究的目標是尋找出能應用在水煤氣轉移反應與選擇性氧化反應上的金觸媒，期望以簡單方便的程序製備具有良好穩定性與催化表現的觸媒(在水煤氣轉移反應中，反應氣體組成為CO/H2O/N2 = 2.6/41.2/56.2，流速為33.33 mL/min，觸媒取量為0.0024 g的金，與反應溫度為200 ℃的條件下，CO轉化率能接近平衡轉化率；在選擇性氧化反應中，反應氣體組成為CO/O2/H2/N2 = 1/1/50/48，流速為110 mL/min，觸媒取量為0.0012 g金的反應條件下，CO轉化率能在0℃達到85％以上，或在25℃達到100%以上)。本研究以沈澱沈積法(deposition-precipitation)製備金觸媒，分別探討奈米金顆粒載負在不同的擔體上與金/二氧化鈦以不同製備方式對應用在水煤氣轉移反應與選擇性氧化反應上催化活性的影響。 研究中首先比較擔體的效應，分別製備了Au/TiO2、Au/Y、Au/γ-Al2O3三種觸媒應用在水煤氣轉移反應上，由實驗結果發現Au/TiO2的活性表現都明顯優於其他兩種觸媒，且Au/TiO2的活性已達到熱力學平衡的極限，即一氧化碳幾乎完全轉化為二氧化碳（殘留量低於可分析濃度的最低下限）。 第二部分探討的是以不同製備方式製備Au/TiO2並分別應用在選擇性氧化反應與水煤氣轉移反應上對催化表現的影響。其中分別探討了溶液溫度、滴定時間與方式和氯之取代率等製備變因，研究結果發現溶液溫度需控溫在攝氏30度才能有較穩定的催化表現。如果以持續添加NaOH滴定方式調整金溶液pH值至6，所需調控時間至少需要6小時才能達到穩定，亦在水煤氣轉移反應上才能達到良好催化表現的標準，若以一次添加NaOH滴定方式調整金溶液pH值至6時，所需調控時間以2.5小時為最佳，即在選擇性氧化反應上的催化表現為最好。氯的殘留對Au/TiO2的催化活性確實具有負面的影響，氯之取代率高的觸媒在水煤氣轉移反應上能有佳的催化表現。 最後一部份研究為不同製備方式的Au/TiO2觸媒在長時間行水煤氣轉移反應下之穩定性的探討，測試的結果顯示出觸媒在剛開始操作皆會有一段衰退期，但其衰退的時間並不會很長，且衰退的比例約20％左右。過了這段衰退期之後，觸媒會達穩定狀態（即不再會明顯衰退）。