镍基钙钛矿催化剂在甲烷二氧化碳重整反应中的研究

发布时间：2017-08-28 01:20

  本文关键词：镍基钙钛矿催化剂在甲烷二氧化碳重整反应中的研究

  更多相关文章： 甲烷 二氧化碳 催化重整 LaNiO_3 La_2NiO_4

【摘要】：众所周知,在21世纪的今天,能源安全以及环境问题受到了全世界各个国家的广泛关注。2013年中国碳排放超过欧盟和美国的总和,达到100亿吨。同时,中国的人均碳排放量首次超过欧盟,达到7.2吨。天然气(CH_4)作为未来最具发展潜力的清洁能源在全球能源结构中将占据越来越重要的位置,因此天然气重整制取合成气对优化能源结构,降低石油依存度具有重要的意义。本文主要通过制备镍基钙钛矿催化剂,研究其在甲烷二氧化碳重整反应中的性能。实验采用溶胶凝胶法制备LaNiO_3催化剂并掺杂不同含量的Ce元素对其进行改性,通过考察反应温度、反应空速和活化气体对其催化活性的影响,对比不同含量Ce掺杂对反应活性的影响,寻找到最佳的Ce掺杂量。并通过X射线衍射(XRD)、热重分析(TG-DTG)、扫描电镜(SEM)等技术手段对催化剂结构和形貌进行分析,结果表明：LaNiO_3催化剂表现出良好的活性和稳定性,反应最佳温度为1073K,最佳反应空速10000ml/h·gcat,催化剂在氢气的活化气氛下具有最佳的催化性能。在不同含量Ce掺杂改性中,La_(0.8)Ce_(0.2)NiO_3具有最佳的催化活性,甲烷和二氧化碳的转化率为80%和84%,氢气和一氧化碳的收率为58%和65%。本文同时研究使用溶胶凝胶法制备了La_2NiO_4催化剂,并与LaNiO_3和Ni/La_2O_3催化剂的活性进行对比,同时使用不同含量的碱土金属Ca、Sr对其进行掺杂改性。研究结果表明,La_2NiO_4与LaNiO_3和Ni/La_2O_3相比表现出良好的催化活性,同时具有较小的Ni0粒径。不同含量Ca掺杂改性中,La1.6Ca0.4NiO4具有最佳的催化活性,甲烷和二氧化碳的转化率为78.6%和90%,氢气和一氧化碳的收率为63%和68%。不同含量Sr掺杂改性中,La1.6Sr0.4NiO4具有最佳的催化活性,甲烷和二氧化碳的转化率为84%和91%,氢气和一氧化碳的收率为66%和71%。
【关键词】：甲烷 二氧化碳 催化重整 LaNiO_3 La_2NiO_4
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-25
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 甲烷重整的研究现状12-13
• 1.2.1 水蒸气重整技术12-13
• 1.2.2 甲烷部分氧化技术13
• 1.2.3 甲烷二氧化碳重整技术13
• 1.3 甲烷二氧化碳重整的研究进展13-20
• 1.3.1 甲烷二氧化碳重整的热力学研究13-15
• 1.3.2 催化剂活性组分的研究15-16
• 1.3.3 载体的研究16-17
• 1.3.4 助催化剂的作用17-18
• 1.3.5 催化剂的失活研究18-19
• 1.3.6 等离子技术的应用19-20
• 1.4 钙钛矿催化剂在甲烷二氧化碳重整中的应用20-23
• 1.5 本课题的研究意义及内容23-25
• 2 LaNiO_3催化剂的制备改性与CH_4/CO_2重整反应性能25-46
• 2.1 实验部分25-26
• 2.1.1 实验药品25
• 2.1.2 实验仪器25-26
• 2.2 催化剂的制备26
• 2.3 催化剂的活性评价与表征26-30
• 2.3.1 催化剂活性评价装置26-27
• 2.3.2 反应原料27-28
• 2.3.3 实验操作28
• 2.3.4 实验计算方法28-29
• 2.3.5 催化剂的表征方法29-30
• 2.4 LaNiO_3催化剂的表征与性能评价30-40
• 2.4.1 LaNiO_3催化剂的表征分析30-35
• 2.4.2 反应温度对LaNiO_3催化剂活性的影响35-36
• 2.4.3 反应空速对LaNiO_3催化剂活性的影响36-37
• 2.4.4 活化气氛对LaNiO_3催化活性的影响37-40
• 2.5 Ce掺杂改性LaNiO_3催化剂的表征与催化性能评价40-44
• 2.5.1 Ce元素掺杂的表征分析40-42
• 2.5.2 Ce元素掺杂的催化活性42-43
• 2.5.3 催化剂的稳定性试验43-44
• 2.6 小结44-46
• 3 La_2NiO_4钙钛矿催化剂的制备改性与CH_4/CO_2重整反应性能46-65
• 3.1 试验部分46
• 3.1.1 实验药品46
• 3.1.2 实验设备46
• 3.2 催化剂的制备46-47
• 3.3 催化剂的活性与评价与表征47
• 3.3.1 催化剂的评价装置47
• 3.3.2 反应原料47
• 3.3.3 实验操作47
• 3.3.4 计算方法47
• 3.3.5 催化剂表征方法47
• 3.4 La_2NiO_4催化剂的表征与性能评价47-54
• 3.4.1 La_2NiO_4催化剂表征分析47-51
• 3.4.2 La_2NiO_4催化剂的活性分析51-53
• 3.4.3 反应空速对于La_2NiO_4催化剂的影响53-54
• 3.5 Ca掺杂改性La_2NiO_4催化剂的表征与性能评价54-59
• 3.5.1 Ca元素掺杂的XRD分析55-56
• 3.5.2 不同Ca掺杂量的催化活性评价56-58
• 3.5.3 催化剂稳定性实验58-59
• 3.6 Sr元素掺杂改性La_2NiO_4催化剂的表征与性能评价59-63
• 3.6.1 不同Sr掺杂量的XRD分析60-61
• 3.6.2 不同Sr掺杂量的催化活性61-63
• 3.6.3 稳定性实验63
• 3.7 小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-72
• 附录A 附录流量计校正曲线72-74
• 附录B 气相色谱校正因子74-75
• 致谢75-76

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