乙炔选择加氢Ni-Ga双金属催化剂研究

发布时间：2020-10-23 21:37

　　 选择加氢是去除乙烯中少量乙炔的有效手段,开展乙炔选择加氢催化剂的研究具有重要理论和实际意义。本文采用不同方法制备了SiO_2及CeO_2负载Ni-Ga双金属催化剂,采用H_2-TPR、XRD、XPS、H_2化学吸附、C_2H_4-TPD、NH_3-TPD、N_2物理吸附-脱附、TG-DTA等方法对催化剂结构进行了表征,在固定床反应器上考察了催化剂乙炔选择性加氢性能,分析了催化剂结构与性能的关系。首先,采用等体积浸渍法制备了Ni/SiO_2和不同Ni/Ga原子比的Ni_xGa/SiO_2催化剂。Ni_xGa/SiO_2催化剂中,Ni/Ga原子比≥4时形成了Ni-Ga合金,Ni/Ga比为3和2时形成了Ni_3Ga金属间化合物,Ni-Ga合金及Ni_3Ga中均存在Ga向Ni的电子转移。与Ni/SiO_2相比,Ni_xGa/SiO_2催化剂具有较强酸性、较弱乙烯吸附能力及较低H_2吸附量,此与Ni-Ga合金和Ni_3Ga IMC中Ga的几何和电子效应密切相关。在乙炔选择加氢反应中,与金属Ni相比,Ni-Ga合金和Ni_3Ga具有较高的乙烯选择性。随着Ni/Ga原子比降低,Ni_xGa/SiO_2催化剂活性和稳定性先提高后降低,乙烯选择性呈现增加趋势,其中Ni_5Ga/SiO_2催化剂性能最佳。在180℃、0.1 MPa及反应物(1.0 vol%C_2H_2,5.0 vol%H_2和94 vol%N_2)空速为36,000mL/(h·g)的条件下,120 h反应期间Ni_5Ga/SiO_2上乙炔转化率为100%,反应68 h后乙烯选择性为75~81%。催化剂失活研究表明,形成Ni-Ga合金和Ni_3Ga抑制了NiC_x的形成,利于提高催化剂稳定性;然而,随着Ni/Ga原子比降低,Ni_xGa/SiO_2催化剂酸性增强,导致催化剂因易于积碳而失活。然后,采用柠檬酸热分解-程序升温还原法制备了Ni/CeO_2及Ni_xGa/CeO_2催化剂。同样,在Ni_xGa/CeO_2催化剂中,Ni/Ga原子比≥5时形成了Ni-Ga合金,Ni/Ga比为3时形成了Ni_3Ga。由于Ni-Ga合金和Ni_3Ga中Ga的几何和电子效应,Ni_xGa/CeO_2的乙烯吸附能力及H_2吸附量低于Ni/CeO_2,因而Ni_xGa/CeO_2具有较高乙烯选择性。随Ni/Ga原子比降低,Ni_x Ga/CeO_2催化剂的稳定性及乙烯选择呈现先增加后降低趋势,其中650 ~oC还原的Ni_5Ga/CeO_2具有较佳乙炔选择加氢性能,其乙烯选择性高于Ni_5Ga/SiO_2。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O643.36;O623.121
【部分图文】：

图 2-1 程序升温还原实验装置示意图Fig.2-1 Schematic diagram for TPR experiment(1)H2; (2)N2; (3)drying tube; (4)deoxidant; (5)flow meter; (6)gas mixer;(7)three-way valve; (8)quartz reactor; (9)furnace; (10)temperature controller;(11)catalyst sample; (12)water cooling trap; (13)thermocouple; (14)TCD; (15)recorder2.3.2X-射线衍射（XRD）采用德国布鲁克 AXS 有限公司的 D8-Focus 型多晶粉末衍射仪对样品进行XRD 测试，辐射源为 Cu-Kα（λ=0.154106nm），管电流为 200mA，管电压为 40kV，扫描范围为 10 ~90 ，扫描速度为 8 /min。采用 Scherer 公式计算晶粒尺寸。(d = (0.9λ)/ (βcosθ))，其中 λ（nm）为 X-特征射线的波长，β 是衍射峰的半峰宽，θ 是 Bragg 角。

天津大学硕士学位论文a 合金有关。通过 EDS 方法测量的任意区域 Ni/Ga 原子比约为 5.6，接近理论（5.0），这意味着 Ga 和 Ni 在催化剂中均匀分布。HRTEM-EDS 线扫描谱图也示 Ga 和 Ni 均匀分布于金属颗粒中（见图 3-3(b)），进一步证实了 Ni-Ga 合金形成。结合 XRD 结果，可以合理推测 Ni 和 Ga 在其他 NixGa/SiO2催化剂中亦均匀布。Ni 和 Ga 原子的均匀分布表明连续的 Ni 原子被 Ga 所隔离。
【相似文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 王磊;乙炔选择加氢Ni-Ga双金属催化剂研究[D];天津大学;2018年

本文编号：2853568