新型碳化硅载体的制备及其在甲烷二氧化碳重整中的性能研究

发布时间：2017-10-13 17:08

  本文关键词：新型碳化硅载体的制备及其在甲烷二氧化碳重整中的性能研究

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【摘要】：CH_4和CO_2两种主要温室气体的大量排放,引起全球气候变暖,从而造成一系列的影响。因此,合理控制和利用温室气体已刻不容缓。CH_4-CO_2重整制合成气过程可以在缓解温室效应的同时获得替代能源,对于促进清洁能源生产和保护环境具有重要意义。CH_4-CO_2重整反应中广泛研究的Ni基催化剂需要在较高温度下进行反应,高温带来了高能耗,同时Ni基催化剂容易因金属烧结和积碳失活较快,从而导致CH_4-CO_2重整反应尚未工业化。SiC因具有导热性能好、化学稳定性高、机械强度高以及强抗氧化性等性质,用作催化剂载体在特定的反应体系中表现出优异的催化性能。因此,我们借助SiC研制相对低温下活性高,同时具有抗金属烧结和抗积碳能力的CH_4-CO_2重整催化剂。本文采用卤素抽提的方法对低比表面积的商业化SiC进行表面处理,在SiC表面形成高比表面积的C层,即C-SiC材料。随后对C-SiC进行N原子的掺杂、CeO_2和La2O3的添加,研究新型SiC载体的制备及其负载Ni制得的催化剂在CH_4-CO_2重整反应中的催化性能。同时采用扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热重/差热分析(TG/DTA)、氢气程序升温还原(H2-TPR)以及X射线光电子能谱(XPS)表征技术对催化剂进行分析。本文所得主要结论如下：1.商业化SiC经表面处理制得的C-SiC和N-C-SiC比表面积增大。SiC表面碳化的最佳时问为1 h。N掺杂时问为1 h,NH3与CCl4的比值为0.375：1时,制得的Ni/N-C-SiC-1-0.375:1催化剂CH_4-CO_2重整性能最佳。2.CH_4-CO_2重整反应的催化活性顺序为Ni/N-C-SiC-1-0.375:1 Ni/C-SiC-1Ni/SiC,XRD和TEM结果说明这是由于C-SiC-1和N-C-SiC-1-0.375:1载体上Ni分散度的提高；Ni/C-SiC-1和Ni/N-C-SiC-1-0.375:1催化剂的稳定性比Ni/SiC稍差,XRD、TEM和TG表征发现是金属烧结和积碳导致的。3.采用共浸渍法制备Ce02改性的Ni/C-SiC-1催化剂。与Ni/C-SiC-1催化剂相,Ni/20CeO_2-C-SiC一1催化剂活性显著提高,稳定性更佳.XRD. TEM和XPS结果说明Ni/20CeO_2-C-SiC-1催化剂活性增加是由于Ni分散度的提高；XRD.TEM和TG/DTA表征发现Ni/20CeO_2-C-SiC一1催化剂的积碳明显减少,从而稳定性更佳。H2-TPR结果表明,Ni/20CeO_2-C-SiC-1催化剂中金属Ni与载体的相互作用明显强于Ni/C-SiC-1催化剂,这可能是Ni/20CeO_2-C-SiC-1催化剂Ni分散度和抗积碳性能显著提高的主要原因。4.与Ni/C-SiC-1催化剂相比,共浸渍法制备的Ni/5La2O3-C-SiC-1催化剂活性显著提高。XRD和TEM结果表明Ni/5La2O3-C-SiC-1催化剂的活性增加是由于Ni分散度的提高。
【关键词】：CH_4-CO_2重整 Ni催化剂 SiC N掺杂 CeO_2 La_2O_3
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-18
• 第一章 绪论18-36
• 1.1 引言18
• 1.2 CH_4-CO_2重整反应制备合成气的研究18-26
• 1.2.1 甲烷制合成气的主要方式19-20
• 1.2.1.1 甲烷水蒸气重整19-20
• 1.2.1.2 甲烷部分氧化反应20
• 1.2.1.3 CH_4-CO_2重整20
• 1.2.2 CH_4-CO_2重整反应的研究20-26
• 1.2.2.1 热力学分析20-21
• 1.2.2.2 反应机理分析21-22
• 1.2.2.3 催化剂研究22-26
• 1.2.2.3.1 活性组分22-23
• 1.2.2.3.2 载体23-24
• 1.2.2.3.3 助剂24-25
• 1.2.2.3.4 失活分析25-26
• 1.3 碳化硅材料在催化反应中的应用26-33
• 1.3.1 碳化硅的结构和性能26-28
• 1.3.1.1 晶体结构27
• 1.3.1.2 物化性能27-28
• 1.3.2 碳化硅作为催化剂载体的研究进展28-33
• 1.3.2.1 高比表面积的碳化硅28-31
• 1.3.2.2 低比表面积的碳化硅31-33
• 1.4 本论文研究的意义与内容33-36
• 1.4.1 研究意义33
• 1.4.2 研究内容33-36
• 第二章 实验部分36-44
• 2.1 实验原料36
• 2.2 实验仪器36-37
• 2.3 催化剂制备37-40
• 2.3.1 C-SiC载体的制备37
• 2.3.2 N-C-SiC载体的制备37-38
• 2.3.3 Ni/C-SiC和Ni/N-C-SiC催化剂的制备38-39
• 2.3.4 Ni/CeO_2-C-SiC催化剂的制备39
• 2.3.5 Ni/La_2O_3-C-SiC催化剂的制备39-40
• 2.4 催化剂表征40-42
• 2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)40
• 2.4.2 N_2吸附40
• 2.4.3 X射线衍射(XRD)40-41
• 2.4.4 透射电子显微镜(TEM)41
• 2.4.5 热重/差热分析(TG/DTA)41
• 2.4.6 氢气程序升温还原(H_2-TPR)41
• 2.4.7 X射线光电子能谱(XPS)41-42
• 2.5 催化剂性能评价42-44
• 第三章 Ni/C-SiC和Ni/N-C-SiC催化剂在CH_4-CO_2重整中的性能研究44-58
• 3.1 引言44
• 3.2 实验结果与讨论44-57
• 3.2.1 催化剂的CH_4-CO_2重整性能44-48
• 3.2.1.1 碳化时间的影响44-45
• 3.2.1.2 N掺杂时间的影响45-46
• 3.2.1.3 N掺杂含量的影响46
• 3.2.1.4 Ni/SiC、Ni/C-SiC-1和Ni/N-C-SiC-1-0.375：1催化剂的性能比较46-48
• 3.2.2 载体表征48-50
• 3.2.2.1 SEM48-49
• 3.2.2.2 N_2吸附49-50
• 3.2.3 催化剂表征50-57
• 3.2.3.1 XRD50-52
• 3.2.3.2 TEM52-54
• 3.2.3.3 TG54-56
• 3.2.3.4 H_2-TPR56-57
• 3.3 小结57-58
• 第四章 CeO_2改性的Ni/C-SiC催化剂在CH_4-CO_2重整中的性能研究58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 实验结果与讨论58-71
• 4.2.1 催化剂的CH_4-CO_2重整性能58-60
• 4.2.1.1 CeO_2含量的影响58-59
• 4.2.1.2 Ni/C-SiC-1和Ni/20CeO_2-C-SiC-1催化剂的性能比较59-60
• 4.2.2 催化剂表征60-71
• 4.2.2.1 N_2吸附60-61
• 4.2.2.2 XRD61-63
• 4.2.2.3 TEM63-66
• 4.2.2.4 TG/DTA66-68
• 4.2.2.5 H_2-TPR68-69
• 4.2.2.6 XPS69-71
• 4.3 小结71-72
• 第五章 La_2O_3改性的Ni/C-SiC催化剂在CH_4-CO_2重整中的性能研究72-82
• 5.1 引言72
• 5.2 实验结果与讨论72-80
• 5.2.1 催化剂的CH_4-CO_2重整性能72-74
• 5.2.1.1 La_2O_3含量的影响72-73
• 5.2.1.2 Ni/C-SiC-1和Ni/5La_2O_3-C-SiC-1催化剂的性能比较73-74
• 5.2.2 催化剂表征74-80
• 5.2.2.1 N_2吸附74-75
• 5.2.2.2 XRD75-77
• 5.2.2.3 TEM77-79
• 5.2.2.4 TG79
• 5.2.2.5 H_2-TPR79-80
• 5.3 小结80-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 结论82
• 6.2 创新点82
• 6.3 展望82-84
• 参考文献84-92
• 致谢92-94
• 研究成果及发表的学术论文94-96
• 作者和导师简介96-98
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书98-100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1026052