毕业论文开题报告
高分子材料与工程
镍及金属氧化物对烃类裂解结焦的催化作用
一、 选题的背景和意义
高超声速飞行器的研制己成为当今世界航空航天领域发展的热点，受到高度重视。飞行器高速飞行时，克服空气阻力而产生大量的热，由此产生的温度称为滞止温度（Stagnation temperature）。飞机在超音速和高超声速飞行时蒙皮温度要远高于亚声速飞行时的温度。随着飞行速度的增加，粘性阻滞导致温度升高，使得热负荷成倍增加，这对材料的耐温性能提出了更为苛刻的要求。飞行器的热管理问题已成为高超声速飞行器发展过程中亟待解决的关键问题。采用机械致冷系统或非可燃冷却剂虽可有效冷却,但会增加飞行器的负载。最便捷的冷却源是飞行器所携带的燃料，此时燃料承担冷却和推进的双重任务，吸热燃料由此被提出了。
随着发动机和飞行器研究的不断深入和对燃料的冷却能力要求的不断提高，催化技术特别是分子筛催化剂的迅猛发展，为吸热型碳氢燃料的催化裂解研究奠定了基础。在现有的技术阶段，对结焦的研究在各方面都有一定的认识，但是，在结焦的形貌和量的研究上还是存在不少问题。各研究领域以研究抑制结焦为主，运用了很多的方法，但是都没有在本质上得到解决。
研究吸热型碳氢燃料的裂解，关键在于裂解催化剂的研究。根据热力学数据可知，燃料裂解生成乙烯、丙烯和丁烯等不饱和烃，是吸热反应，有利于燃料吸热，且烯烃的碳原子数越少，吸收的热量越多；裂解生成甲烷、乙烷和丙烷等饱和烃是放热反应，不利于燃料吸热，且饱和碳原子数越多，吸热越少。燃料在裂解时，不但要尽可能高的提高裂解转化率，而且要尽可能多的产生不饱和烯烃。
烃类燃料在裂解过程中会不可避免地产生碳沉积，进一步受热结焦。当烃类燃料用在发动机上，产生的结焦会带来许多如堵塞阀门、降低热交换效率、发生渗碳现象降低金属抗氧化性和稳定性、引起催化剂失活等的不利影响。所以，抑制或阻止碳沉积(结焦)是碳氢燃料作为冷却剂在未来超音速飞行器上使用的关键。
本课题拟围绕未来超声速和高超声速飞行器对燃料的燃烧和吸热双重要求，着重研究不同模型燃料的热沉、裂解、结焦及其抑制等问题，为吸热型碳氢燃料的化学组成的
调配和改性等提供重要的实验数据和理论基础。实验以吸热型烃类燃料作为碳源，考察镍及其金属氧化物对碳氢燃料结焦催化作用和反应机理，为催化结焦及其抑制提供实验数据和理论支持。
二、 研究目标与主要内容（含论文提纲）
如上述所提到的，在航天或其他事业中，通常运用到碳氢燃料，同时也出现了结焦的问题。本课题通过研究几种碳氢燃料在Ni及其金属氧化物表面的结焦特征，为结焦方面的研究提供基础数据。在实验中，将压强和载气流速作为不变因素，改变反应温度或反应时间来考虑对结焦的影响。本实验采取的是单因素变量，有利于控制变量，并且容易得出结论。本实验具有一定的特色和创新之处，例如，在催化剂形态选择方面，采用微米级粉末，增大其催化活性的比表面积；采用30段程序控温仪器和自动进样仪，减少人为因素对实验结果的影响。对结焦样品进行形态分析，分离无定形碳、丝状焦和碳纤维，从而对催化剂进行性能评价，确定不同催化剂对结焦抑制的工艺参数，评价催化剂的效率。本实验通过实验获得一定的结焦物，对其结焦量和形貌进行研究。同时，改变催化剂的选择、碳源的选择、反应时间、反应温度等各方面的条件进行实验，检测分析各物质，为以后的实验提供初步的实验数据和理论基础。初步解决结焦问题在一些技术中的损害现象。
论文提纲： 1. 选取三种碳源
2. 用镍作催化剂观察镍及其金属氧化物对烃类裂解结焦的作用。 3. 分析样本数据得出结论。
三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等
催化结焦抑制实验装置包括五大系统：进料系统、预热系统、反应系统、温度控制系统和分析检测记录系统。以正庚烷、环己烷和苯作为碳源， Ni及其金属氧化物为催化剂，采用CVD方法考察它们在吸热型碳氢燃料中的催化结焦现象。实验前预热炉和反应炉通电加热，反应体系达到预设温度后，将装有催化剂的石英舟放入反应管中固定位置。进料前采用高纯氮气吹扫反应系统10min，置换炉内空气。碳源通过电子蠕动泵输送，以氮气作为载气，载气流速为40mL·min-1。反应停止后，用高纯氮气吹扫10min，在氮气保护下使反应体系冷却至室温。取样分析。
四、参考文献
4
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五、研究的整体方案与工作进度安排（内容、步骤、时间）
进度安排： 序号 1 2 3
时间
内容
2010.12.10至2010.12.30 2011.1.3至2011.1.18 2011.2.20至2011.02.28
相关文献的查阅、实验方案制定
实验前期准备与摸索实验 考察实验的影响因素，优化工艺条件
4
4 2011.03.01至2011.04.20 毕业论文撰写
六、研究的主要特点及创新点
本实验具有一定的特色和创新之处，例如，在催化剂形态选择方面，采用微米级粉末，增大其催化活性的比表面积；采用30段程序控温仪器和自动进样仪，减少人为因素对实验结果的影响。对结焦样品进行形态分析，分离无定形碳、丝状焦和碳纤维，从而对催化剂进行性能评价，确定不同催化剂对结焦抑制的工艺参数，评价催化剂的效率。本实验通过实验获得一定的结焦物，对其结焦量和形貌进行研究。同时，改变催化剂的选择、碳源的选择、反应时间、反应温度等各方面的条件进行实验，检测分析各物质，为以后的实验提供初步的实验数据和理论基础。初步解决结焦问题在一些技术中的损害现象。
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开题报告-镍及金属氧化物对烃类裂解结焦的催化作用
