含铈Ni基催化剂上甲烷催化裂解反应的研究

发布时间：2020-06-02 01:18

【摘要】：聚变反应堆中,氘氚等离子体经过一段时间反应后,产物氦灰及其它杂质气体含量逐渐增加。基于环境保护及经济角度考虑,气体需要排出反应器进行净化处理。结合等离子排灰气的组成以及环境,在多种反应共存的情况下,甲烷的催化裂解(MCD)是化合态氘氚的回收中最主要的反应。本论文的主要目标是设计制备用于甲烷催化裂解反应的高效催化剂。首先分别采用溶胶-凝胶法、共沉淀法以及共浸渍法制备了一系列微观结构存在差异的含铈Ni基催化剂,并应用XPS、XRD、SEM-EDX、SEM以及TEM等表征了制备方法、组分含量、焙烧温度以及反应条件等对催化剂微观结构的影响。在固定床反应系统中研究了不同含铈Ni基催化剂催化甲烷裂解的性能,通过SEM、TEM以及Raman等手段表征了生成C的结构及形貌变化,首次得到了含铈Ni基催化剂中Ce02与活性组分的结合方式、催化剂的组分比例、晶粒尺寸等与催化甲烷裂解反应的活性及稳定性的构效关系。主要结论如下： (1)Ce的引入明显增加了Ni基催化剂对MCD的催化活性,而Cu的掺入增加了催化剂的稳定性。 (2)采用共沉淀法,选择不同沉淀剂,制备了三种含铈Ni-Cu催化剂,即：CP-NaOH-R, CP-NH3-R及CP-urea-R。三种催化剂的微观结构存在明显差异,其中CP-urea-R及CP-NH3-R的结构接近于有Ni-Cu-Ce-O固溶体存在的NiCuCeOx而CP-NaOH-R的结构更接近于负载型催化剂NiCu/CeO2。表征了三种催化剂对MCD的催化性能,CP-NaOH-R表面的高NiCu合金含量导致了其反应活性最高,但反应在80min左右由于反应管堵塞而终止。CP-NH3-R表现出最低的催化活性,最高转化率大约在28%左右,并在200min内完全失活。CP-urea-R因Ni-Cu-Ce-O固溶体存在而表现出最佳的催化稳定性,其最高转化率达到40%左右,并在400min内缓慢降至10%左右。 (3)采用尿素均匀沉淀法,通过改变组分含量及焙烧温度,制备了具有不同结构的NiCuCeOx催化剂。结果表明,NiCuCeOx催化剂中,随着Ni与Cu的含量比的增加,更易形成NiCuOx;增加Cu的含量使得物相中高晶化相的Cu含量随之增加；而增加Ni含量降低Ce含量有助于形成Ni-Cu-Ce-O固溶体。由于减小了CNFs形成时的能量耗损,Ni-Cu-Ce-O固溶体的存在可以增加NiCuCeOx催化剂的稳定性,但降低了催化剂活性。 (4)采用共浸渍法,通过改变Ni、Cu负载量及组分含量,得到一系列微观结构存在差异的负载型的NiCu/CeO2催化剂。研究发现其催化甲烷裂解反应的活性及稳定性都很低,可以归因于负载型的NiCu/CeO2催化剂活性组分与Ce02载体间结合力低,降低了催化剂自身的稳定性。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O643.3;O615

【参考文献】