NiM（M=Fe,Co,Cu）双金属与MgO载体间的相互作用对CH 4 /CO 2 重整反应中积炭的影响
发布时间：2021-02-13 22:38
Ni基催化剂催化CH4/CO2重整制合成气时,具有良好的初始活性和选择性。但是,由于反应过程中产生积炭使催化剂失活,阻碍了商业化应用。研究发现,添加第二种金属和选用适当载体来调变Ni基催化剂结构可以提高其抗积炭性能。本文通过DFT方法研究不同表面MgO载体负载Ni2M2（M=Fe,Co,Cu）双金属催化剂上CH4/CO2重整反应中有关积炭的反应,找出抑制积炭的关键因素,从而为具有抗积炭的CH4/CO2重整催化剂的制备提供有价值的理论线索。通过研究得出以下主要结论:双金属活性组分负载于缺陷MgO上比负载于完美MgO载体上金属-载体间的相互作用更强,结合更稳定,活性组分更不易聚集;金属与载体间电荷转移的方向是从载体转移到活性组分,并且缺陷的载体向活性组分转移的电荷量要多于完美载体向活性组分转移的电荷量。缺陷MgO负载的Ni2Co2上CH4解离的决速步活...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 甲烷-二氧化碳重整反应
4/CO2重整反应的积炭问题"> 1.2 Ni基催化剂催化CH4/CO2重整反应的积炭问题
1.3 积炭的抑制和消除
4/CO2重整反应的影响"> 1.4 催化剂调变对CH4/CO2重整反应的影响
1.4.1 添加第二种金属
1.4.2 选择不同的载体
1.4.3 添加助剂
4/CO2重整反应的影响"> 1.5 金属-载体间相互作用对CH4/CO2重整反应的影响
1.6 抑制积炭研究中存在的问题与不足
1.7 本论文研究思路及目的
1.8 本论文研究内容
第二章 理论基础
2.1 密度泛函理论
2.2 交换相关势
2.2.1 局域密度近似（LDA）
2.2.2 广义梯度近似（GGA）
2.3 过渡态理论
2.4 Castep模块
第三章 负载型Ni基双金属催化剂模型的构建和计算参数的选择
3.1 负载型Ni单金属催化剂模型的构建
3.2 计算参数的选择和基本公式
3.2.1 计算参数
3.2.2 基本公式
3.3 负载型Ni基双金属催化剂模型的选择
3.4 本章小结
第四章 负载型Ni基双金属催化剂中金属-载体间相互作用的研究
2M2双金属活性组分与MgO载体间的结合能"> 4.1 Ni2M2双金属活性组分与MgO载体间的结合能
2M2双金属活性组分与MgO载体间的电荷转移"> 4.2 Ni2M2双金属活性组分与MgO载体间的电荷转移
4.3 态密度分析金属-载体间相互作用
4.4 本章小结
第五章 Ni基双金属催化剂上热解C的形成-积炭的抑制
2M2/MgO上CHx （x=04）吸附及CHx-1+H共吸附稳定构型"> 5.1 Ni2M2/MgO上CHx （x=04）吸附及CHx-1+H共吸附稳定构型
x （x=04）在Ni2M2/MgO上的吸附"> 5.1.1 CHx （x=04）在Ni2M2/MgO上的吸附
x+H （x=03）在Ni2M2/MgO上共吸附稳定构型"> 5.1.2 CHx+H （x=03）在Ni2M2/MgO上共吸附稳定构型
5.2 热解C的形成
4→CH3+H"> 5.2.1 CH4→CH3+H
3→CH2+H"> 5.2.2 CH3→CH2+H
2→CH+H"> 5.2.3 CH2→CH+H
5.2.4 CH→C+H
4解离过程分析"> 5.3 CH4解离过程分析
x物种氧化-积炭的消除">第六章 Ni基双金属催化剂上CHx物种氧化-积炭的消除
2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的吸附"> 6.1 相关物种在Ni2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的吸附
x （x=03）和O在Ni2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的共吸附"> 6.1.1 CHx （x=03）和O在Ni2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的共吸附
xO （x=03）在Ni2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的吸附"> 6.1.2 CHxO （x=03）在Ni2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的吸附
x物种的氧化消除"> 6.2 CHx物种的氧化消除
3+O→CH3O"> 6.2.1 CH3+O→CH3O
2+O→CH2O"> 6.2.2 CH2+O→CH2O
6.2.3 CH+O→CHO
6.2.4 C+O→CO
x物种氧化的分析"> 6.3 CHx物种氧化的分析
第七章 热解C的聚合-积炭的阻止
7.1 热解C在催化剂表面的共吸附
2在催化剂表面的吸附"> 7.2 C2在催化剂表面的吸附
7.3 热解C在催化剂表面上的聚集反应
7.4 积炭问题的综合分析
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 工作不足及建议
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]CH4/CO2重整反应中Ni-Co双金属催化剂的研究进展[J]. 马海华,韩生华,张海荣,李凯,刘红艳. 应用化工. 2016(05)
[2]甲烷二氧化碳重整热力学分析[J]. 李建伟,陈冲,王丹,姚卫国,张三莉. 石油与天然气化工. 2015(03)
[3]Nickel ferrite spinel as catalyst precursor in the dry reforming of methane:Synthesis,characterization and catalytic properties[J]. Rafik Benrabaa,Hamza Boukhlouf,Axel Lfberg,Annick Rubbens,Rose-Nelle Vannier,Elisabeth Bordes-Richard,Akila Barama. Journal of Natural Gas Chemistry. 2012(05)
[4]助剂对甲烷干重整 Ni/γ-Al2O3催化剂性能的影响（英文）[J]. Ahmed S.A.AL-FATESH,Anis H.FAKEEHA,Ahmed E.ABASAEED. 催化学报. 2011(10)
[5]Syngas production by combined carbon dioxide reforming and partial oxidation of methane over Ni/α-Al2O3 catalysts[J]. Armin Moniri,S.Mehdi Alavi,Mojgan Rezaei. Journal of Natural Gas Chemistry. 2010(06)
[6]Ni/La2O3/Al2O3催化剂上甲烷干重整积炭表征与分析（英文）[J]. 徐军科,周伟,汪吉辉,李兆静,马建新. 催化学报. 2009(11)
[7]载体酸碱性对CO2/CH4重整反应用镍基催化剂的影响[J]. 郭芳,储伟,黄丽琼,谢在库. 合成化学. 2008(05)
[8]Effect of calcination temperature on structure and performance of Ni/TiO2-SiO2 catalyst for CO2 reforming of methane[J]. Sanbing Zhang~(1,2) Jiankang Wang~(1,2) Xiaolai Wang~(1*) 1.State Key Laboratory for Oxo Synthesis and Selective Oxidation,Lanzhou Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences Lanzhou 730000,Gansu,China; 2.Graduate University of the Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039,China. Journal of Natural Gas Chemistry. 2008(02)
[9]金属-载体相互作用对CH4/CO2重整反应中Rh基催化剂抗积炭性能的影响[J]. 王锐,刘雪斌,陈燕馨,李文钊,徐恒泳. 催化学报. 2007(10)
[10]镍基气凝胶催化CH4-CO2重整制取合成气反应的研究 Ⅲ.影响催化剂积碳性能因素的探讨[J]. 陈吉祥,王日杰,李玉敏,苏万华,张继炎. 燃料化学学报. 2002(05)
博士论文
[1]Ni基双金属催化的CH4/CO2重整反应中积碳问题的研究[D]. 刘红艳.太原理工大学 2012
硕士论文
[1]甲烷—二氧化碳重整反应中Co-Ni合金催化剂的抗积碳机理研究[D]. 李健.华东理工大学 2015
[2]甲烷二氧化碳重整镍基催化剂的制备与研究[D]. 胡芃.北京交通大学 2013
本文编号：3032681
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 甲烷-二氧化碳重整反应
4/CO2重整反应的积炭问题"> 1.2 Ni基催化剂催化CH4/CO2重整反应的积炭问题
1.3 积炭的抑制和消除
4/CO2重整反应的影响"> 1.4 催化剂调变对CH4/CO2重整反应的影响
1.4.1 添加第二种金属
1.4.2 选择不同的载体
1.4.3 添加助剂
4/CO2重整反应的影响"> 1.5 金属-载体间相互作用对CH4/CO2重整反应的影响
1.6 抑制积炭研究中存在的问题与不足
1.7 本论文研究思路及目的
1.8 本论文研究内容
第二章 理论基础
2.1 密度泛函理论
2.2 交换相关势
2.2.1 局域密度近似（LDA）
2.2.2 广义梯度近似（GGA）
2.3 过渡态理论
2.4 Castep模块
第三章 负载型Ni基双金属催化剂模型的构建和计算参数的选择
3.1 负载型Ni单金属催化剂模型的构建
3.2 计算参数的选择和基本公式
3.2.1 计算参数
3.2.2 基本公式
3.3 负载型Ni基双金属催化剂模型的选择
3.4 本章小结
第四章 负载型Ni基双金属催化剂中金属-载体间相互作用的研究
2M2双金属活性组分与MgO载体间的结合能"> 4.1 Ni2M2双金属活性组分与MgO载体间的结合能
2M2双金属活性组分与MgO载体间的电荷转移"> 4.2 Ni2M2双金属活性组分与MgO载体间的电荷转移
4.3 态密度分析金属-载体间相互作用
4.4 本章小结
第五章 Ni基双金属催化剂上热解C的形成-积炭的抑制
2M2/MgO上CHx （x=04）吸附及CHx-1+H共吸附稳定构型"> 5.1 Ni2M2/MgO上CHx （x=04）吸附及CHx-1+H共吸附稳定构型
x （x=04）在Ni2M2/MgO上的吸附"> 5.1.1 CHx （x=04）在Ni2M2/MgO上的吸附
x+H （x=03）在Ni2M2/MgO上共吸附稳定构型"> 5.1.2 CHx+H （x=03）在Ni2M2/MgO上共吸附稳定构型
5.2 热解C的形成
4→CH3+H"> 5.2.1 CH4→CH3+H
3→CH2+H"> 5.2.2 CH3→CH2+H
2→CH+H"> 5.2.3 CH2→CH+H
5.2.4 CH→C+H
4解离过程分析"> 5.3 CH4解离过程分析
x物种氧化-积炭的消除">第六章 Ni基双金属催化剂上CHx物种氧化-积炭的消除
2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的吸附"> 6.1 相关物种在Ni2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的吸附
x （x=03）和O在Ni2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的共吸附"> 6.1.1 CHx （x=03）和O在Ni2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的共吸附
xO （x=03）在Ni2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的吸附"> 6.1.2 CHxO （x=03）在Ni2M2/MgO （M=Fe, Co, Cu）上的吸附
x物种的氧化消除"> 6.2 CHx物种的氧化消除
3+O→CH3O"> 6.2.1 CH3+O→CH3O
2+O→CH2O"> 6.2.2 CH2+O→CH2O
6.2.3 CH+O→CHO
6.2.4 C+O→CO
x物种氧化的分析"> 6.3 CHx物种氧化的分析
第七章 热解C的聚合-积炭的阻止
7.1 热解C在催化剂表面的共吸附
2在催化剂表面的吸附"> 7.2 C2在催化剂表面的吸附
7.3 热解C在催化剂表面上的聚集反应
7.4 积炭问题的综合分析
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 工作不足及建议
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]CH4/CO2重整反应中Ni-Co双金属催化剂的研究进展[J]. 马海华,韩生华,张海荣,李凯,刘红艳. 应用化工. 2016(05)
[2]甲烷二氧化碳重整热力学分析[J]. 李建伟,陈冲,王丹,姚卫国,张三莉. 石油与天然气化工. 2015(03)
[3]Nickel ferrite spinel as catalyst precursor in the dry reforming of methane:Synthesis,characterization and catalytic properties[J]. Rafik Benrabaa,Hamza Boukhlouf,Axel Lfberg,Annick Rubbens,Rose-Nelle Vannier,Elisabeth Bordes-Richard,Akila Barama. Journal of Natural Gas Chemistry. 2012(05)
[4]助剂对甲烷干重整 Ni/γ-Al2O3催化剂性能的影响（英文）[J]. Ahmed S.A.AL-FATESH,Anis H.FAKEEHA,Ahmed E.ABASAEED. 催化学报. 2011(10)
[5]Syngas production by combined carbon dioxide reforming and partial oxidation of methane over Ni/α-Al2O3 catalysts[J]. Armin Moniri,S.Mehdi Alavi,Mojgan Rezaei. Journal of Natural Gas Chemistry. 2010(06)
[6]Ni/La2O3/Al2O3催化剂上甲烷干重整积炭表征与分析（英文）[J]. 徐军科,周伟,汪吉辉,李兆静,马建新. 催化学报. 2009(11)
[7]载体酸碱性对CO2/CH4重整反应用镍基催化剂的影响[J]. 郭芳,储伟,黄丽琼,谢在库. 合成化学. 2008(05)
[8]Effect of calcination temperature on structure and performance of Ni/TiO2-SiO2 catalyst for CO2 reforming of methane[J]. Sanbing Zhang~(1,2) Jiankang Wang~(1,2) Xiaolai Wang~(1*) 1.State Key Laboratory for Oxo Synthesis and Selective Oxidation,Lanzhou Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences Lanzhou 730000,Gansu,China; 2.Graduate University of the Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039,China. Journal of Natural Gas Chemistry. 2008(02)
[9]金属-载体相互作用对CH4/CO2重整反应中Rh基催化剂抗积炭性能的影响[J]. 王锐,刘雪斌,陈燕馨,李文钊,徐恒泳. 催化学报. 2007(10)
[10]镍基气凝胶催化CH4-CO2重整制取合成气反应的研究 Ⅲ.影响催化剂积碳性能因素的探讨[J]. 陈吉祥,王日杰,李玉敏,苏万华,张继炎. 燃料化学学报. 2002(05)
博士论文
[1]Ni基双金属催化的CH4/CO2重整反应中积碳问题的研究[D]. 刘红艳.太原理工大学 2012
硕士论文
[1]甲烷—二氧化碳重整反应中Co-Ni合金催化剂的抗积碳机理研究[D]. 李健.华东理工大学 2015
[2]甲烷二氧化碳重整镍基催化剂的制备与研究[D]. 胡芃.北京交通大学 2013
本文编号：3032681
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