甲烷二氧化碳重整形貌可控催化体系的设计

发布时间：2018-11-24 10:42

【摘要】：甲烷二氧化碳(CH4-CO2)重整反应是消除温室气体和制备合成气用于燃料合成的一个重要途径。该项技术常用的催化剂主要有贵金属和过渡金属两类。考虑到成本和可用性,镍基催化剂由于其优异的活性而成为最有前景的催化剂。但是镍基催化剂易因金属烧结或积碳而失活。因此,研制具有优异催化性能的镍基催化剂具有重要意义。近年来,人们已经在纳米尺度上实现了纳米结构催化剂的形貌可控合成,这不仅能够提高其催化活性,还能改善催化剂的稳定性。纳米结构催化剂的形貌可控合成为设计和开发高效的CH4-CO2重整催化剂提供了思路。本论文主要从合成形貌可控的γ-Al2O3纳米载体入手,通过静电纺丝技术和水热合成法分别合成了形貌可控的纳米纤维、纳米片和纳米条状γ-Al2O3作为载体制备Ni基催化剂。根据其自身特点,较为系统的考察了这三种催化剂在CH4-CO2重整反应中的催化性能。本论文取得的研究成果如下：(1)在静电纺丝制备的Ni/γ-Al2O3纳米纤维催化剂中,金属Ni颗粒具有很高的分散性,Ni纳米颗粒的平均粒径为3.4nm。与浸渍法制备的常规γ-Al2O3粉末负载的Ni基催化剂相比,静电纺丝技术制备的Ni/γ-Al2O3纳米纤维催化剂具有更高的金属分散性,从而有效地提高了该催化剂在CH4-CO2重整反应中的催化活性和抗积碳性能。(2)Ni/γ-Al2O3纳米片催化剂表现出较好的初始活性,其初始活性比常规催化剂高15%。但是该催化剂的稳定性较差,在反应1h后,活性显著降低。从HR-TEM图可以看出该催化剂中的金属Ni颗粒在反应过程发生了团聚。另外该催化剂在反应中产生的积碳也较多,抗积碳性能较差。H2-TPR表征表明Ni/γ-Al2O3纳米片催化剂中金属-载体相互作用较常规Ni/γ-Al2O3催化剂中更弱,这应该是该催化剂稳定性相对较差的原因。(3)通过添加6 wt%CeO2助剂,Ni/γ-Al2O3纳米片状催化剂中金属-载体相互作用显著增强,使得催化剂的催化活性和稳定性都获得了改善。CH4和C02的转化率分别高达66%和78%,且在反应进行6h之后催化活性几乎不变。借助于O2-TPO技术可以发现加入助剂Ce02之后,该催化剂上的积碳明显减少,催化剂的抗积碳性能明显提高。(4)与Ni/γ-Al2O3纳米片催化剂相比,Ni/γ-Al2O3纳米条催化剂具有较大的比表面积、较好的金属分散性和优异的催化稳定性。除此之外,Ni/γ-Al2O3纳米条催化剂在反应中只有少量积碳生成,具有较强的抗积碳性能。
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【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
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本文编号：2353387