等离子体诱导的微燃烧法制备镍基催化剂及其性能评价
发布时间：2021-08-01 22:19
镍基催化剂具有成本低、易得、活性高等优点,因此在许多气固催化反应过程中得到广泛应用。但是Ni基催化剂在含有CO和CH4的体系中容易因积碳而失活,并且在高温下容易发生烧结,因而影响它的稳定性。在众多合成方法中,溶液燃烧法是一种快速、高效的合成方法,但是燃烧过程可控性较差,会造成燃烧产物形貌不规则,不利于性能优化。同时介质阻挡放电等离子体技术其电子能量较高,具有很强的活化作用。而且能够在低温下进行,可以有效防止金属活性组分的团聚和烧结。因此针对Ni基催化剂遇到的问题,本文将这两种方法结合形成等离子体诱导的微燃烧法,制备出Ni/SiO2催化剂,以期提高其催化性能,并探究结构和性能的关系。首先,与单一溶液燃烧法或仅等离子处理技术制备出的Ni/SiO2催化剂相比,等离子体诱导的微燃烧法制备出的Ni/SiO2催化剂（Ni含量分别为5%和10%）有更好的金属Ni分散性和较强的金属载体相互作用力,在CO甲烷化评价中表现出优异活性和抗烧结稳定性。其次考察了燃料（尿素）添加量对催化剂结构和性能的影响。在ΦRV...
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型能源转型[1]
西北大学硕士论文8表1-1等离子体的简单分类Table1-1Simpleclassificationofplasmas1.3.2介质阻挡放电等离子体介质阻挡放电（Dielectricbarrierdischarge,DBD）是两电极间有绝缘介质存在，通过施加交变电场，电极间的气体被击穿发生非平衡态气体放电的过程，可以直接在接近室温条件下得到活性粒子。在放电过程中不会像火花放电一样产生噪音，又被称为无声放电。放电过程在介质间存在大量细小的快脉冲电流细丝，这种放电细丝又叫微放电，它们在时间上和介质间是随机产生的，每个放电细丝的存在时间极短（<10ns）,但产生的电流密度较高且是位移电流。电流细丝的形成主要过程有三步：（1）空气被电流击穿；（2）介质空间电荷传递；（3）原子和分子激发形成带电粒子。DBD等离子整体分布是均匀的，它的特点主要是高气压（104-106Pa）、高电压降（103-105V）、低电流密度（10-2-10-3VA/cm2）。由于其气压范围较大，因此被广泛研究应用[41,42]。图1-2常用DBD等离子体发生器的构造[43]Figure1-2ConstructionofDBDplasmageneratorincommonuseDBD装置多种多样，以平板式和共轴式两种形式最为常见，如图1-2所示。共轴式反应装置的结构是密闭的，反应过程的压力由通入惰性气体的量决定，其应用在化学反应装置中比较常见。平板式结构一般由介质（单层或双层）组成，上部连接高压，下部接地，存在可直接在空气中操作、简便、高效、经济以及稳定可重复等优点，本实验室主要采用的是双介质阻挡的平板式结构[43]。
西北大学硕士论文142.2催化剂的制备2.2.1制备方法本论文实验的催化剂采用浸渍等离子体处理法，浸渍燃烧或等离子体诱导的微燃烧法制备。首先根据计算称取适量的Ni(NO3)2·6H2O和CO(NH2)2溶解在去离子水中，再加入一定量SiO2（使用前在马弗炉中500°C下焙烧4h进行预处理），采用等体积浸渍法浸渍催化剂，在室温下浸渍12h后，样品在110°C干燥12h得到前驱体粉并进行末充分研磨，研磨后处理方式主要有两种：一是直接在马弗炉中焙烧；二是称取干燥后的样品约1.5g进行DBD处理，处理时将粉末平铺在石英反应釜内，置于两电极之间，调节电压为100V，电流为2.5A，每次处理时长为3min，总处理时间为60min，然后再将处理后的样品置于马弗炉中焙烧。有尿素加入的样品中，在进行DBD处理时伴有火星发生，且催化剂的颜色会逐渐变化如图2-1所示。不同催化剂的标记中，5或10代表Ni的质量分数，3代表Ce，La和Zr的质量分数，c代表浸渍燃烧，mc代表微燃烧，0.75，1.0，1.25，1.5和2.0代表ΦRV/OV比值。图2-1样品在DBD处理过程中的颜色变化Figure2-1ThecolourchangeofsamplesduringtheDBDprocess2.2.2制备过程中理论计算等离子体诱导的微燃烧法过程中的燃料量采用Jain等[61]提出的化学理论进行计算，详细规则为：有机燃料和金属盐的比例根据总还原价和总氧化价的摩尔比计算，其中Ni、La、Ce和Zr分别为-2、-3、-3和-4价，O为+2价，N为0价，C为-4价，H为-1价。O元素是唯一的氧化性元素，计算过程忽略结晶水的影响。硝酸镍Ni(NO3)3，硝酸镧La(NO3)3，硝酸铈Ce(NO3)3，硝酸锆Zr(NO3)4和尿素CO(NH2)2，其燃烧价态的计算式分别为
【参考文献】：
期刊论文
[1]O2介质阻挡放电微等离子体制备O3[J]. 王保伟,苏会娟,姚淑美. 化工学报. 2020(02)
[2]煤制天然气技术研究进展[J]. 马立莉,牟玉强,张志翔,张忠涛,李玉龙,徐显明. 精细石油化工进展. 2019(04)
[3]介质阻挡放电离子源的研究进展[J]. 崔文凯,陈茂兴. 河南科技. 2019(11)
[4]镍盐应用及其浸渍方法研究进展[J]. 朱凯,刘俊,田辉平. 工业催化. 2018(06)
[5]能源革命和经济新常态下我国煤炭科技发展趋势探析[J]. 李丽英. 煤炭工程. 2017(03)
[6]介质阻挡放电过程中臭氧生成性能试验研究[J]. 朱燕群,林法伟,袁定琨,马强,王智化,周俊虎,岑可法. 动力工程学报. 2016(12)
[7]等离子体在绿色制备催化剂方面的应用:现状及展望（英文）[J]. 刘昌俊,李敏悦,王嘉琪,周昕瞳,郭秋婷,严金茂,李英芝. 催化学报. 2016(03)
[8]Effects of surface states over core-shell Ni@SiO2 catalysts on catalytic partial oxidation of methane to synthesis gas[J]. Chuanmin Ding,Xiaofeng Gao,Yulin Han,Xishun Ma,Junwen Wang,Shibin Liu,Kan Zhang. Journal of Energy Chemistry. 2015(01)
[9]Ni/Al2O3催化甲烷裂解[J]. 王文华,王和义,杨勇,蒋述斌. 应用化学. 2012(05)
[10]CO2捕集技术的研究进展[J]. 李洪,赵淑芳,刘长岩,靳志玲. 天津科技. 2010(05)
硕士论文
[1]DBD-纳米催化系统放电特性及催化剂改性研究[D]. 辉妍.大连理工大学 2019
[2]等离子体和助剂改性镍基催化剂二氧化碳甲烷化研究[D]. 张丽.天津大学 2015
本文编号：3316343
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型能源转型[1]
西北大学硕士论文8表1-1等离子体的简单分类Table1-1Simpleclassificationofplasmas1.3.2介质阻挡放电等离子体介质阻挡放电（Dielectricbarrierdischarge,DBD）是两电极间有绝缘介质存在，通过施加交变电场，电极间的气体被击穿发生非平衡态气体放电的过程，可以直接在接近室温条件下得到活性粒子。在放电过程中不会像火花放电一样产生噪音，又被称为无声放电。放电过程在介质间存在大量细小的快脉冲电流细丝，这种放电细丝又叫微放电，它们在时间上和介质间是随机产生的，每个放电细丝的存在时间极短（<10ns）,但产生的电流密度较高且是位移电流。电流细丝的形成主要过程有三步：（1）空气被电流击穿；（2）介质空间电荷传递；（3）原子和分子激发形成带电粒子。DBD等离子整体分布是均匀的，它的特点主要是高气压（104-106Pa）、高电压降（103-105V）、低电流密度（10-2-10-3VA/cm2）。由于其气压范围较大，因此被广泛研究应用[41,42]。图1-2常用DBD等离子体发生器的构造[43]Figure1-2ConstructionofDBDplasmageneratorincommonuseDBD装置多种多样，以平板式和共轴式两种形式最为常见，如图1-2所示。共轴式反应装置的结构是密闭的，反应过程的压力由通入惰性气体的量决定，其应用在化学反应装置中比较常见。平板式结构一般由介质（单层或双层）组成，上部连接高压，下部接地，存在可直接在空气中操作、简便、高效、经济以及稳定可重复等优点，本实验室主要采用的是双介质阻挡的平板式结构[43]。
西北大学硕士论文142.2催化剂的制备2.2.1制备方法本论文实验的催化剂采用浸渍等离子体处理法，浸渍燃烧或等离子体诱导的微燃烧法制备。首先根据计算称取适量的Ni(NO3)2·6H2O和CO(NH2)2溶解在去离子水中，再加入一定量SiO2（使用前在马弗炉中500°C下焙烧4h进行预处理），采用等体积浸渍法浸渍催化剂，在室温下浸渍12h后，样品在110°C干燥12h得到前驱体粉并进行末充分研磨，研磨后处理方式主要有两种：一是直接在马弗炉中焙烧；二是称取干燥后的样品约1.5g进行DBD处理，处理时将粉末平铺在石英反应釜内，置于两电极之间，调节电压为100V，电流为2.5A，每次处理时长为3min，总处理时间为60min，然后再将处理后的样品置于马弗炉中焙烧。有尿素加入的样品中，在进行DBD处理时伴有火星发生，且催化剂的颜色会逐渐变化如图2-1所示。不同催化剂的标记中，5或10代表Ni的质量分数，3代表Ce，La和Zr的质量分数，c代表浸渍燃烧，mc代表微燃烧，0.75，1.0，1.25，1.5和2.0代表ΦRV/OV比值。图2-1样品在DBD处理过程中的颜色变化Figure2-1ThecolourchangeofsamplesduringtheDBDprocess2.2.2制备过程中理论计算等离子体诱导的微燃烧法过程中的燃料量采用Jain等[61]提出的化学理论进行计算，详细规则为：有机燃料和金属盐的比例根据总还原价和总氧化价的摩尔比计算，其中Ni、La、Ce和Zr分别为-2、-3、-3和-4价，O为+2价，N为0价，C为-4价，H为-1价。O元素是唯一的氧化性元素，计算过程忽略结晶水的影响。硝酸镍Ni(NO3)3，硝酸镧La(NO3)3，硝酸铈Ce(NO3)3，硝酸锆Zr(NO3)4和尿素CO(NH2)2，其燃烧价态的计算式分别为
【参考文献】：
期刊论文
[1]O2介质阻挡放电微等离子体制备O3[J]. 王保伟,苏会娟,姚淑美. 化工学报. 2020(02)
[2]煤制天然气技术研究进展[J]. 马立莉,牟玉强,张志翔,张忠涛,李玉龙,徐显明. 精细石油化工进展. 2019(04)
[3]介质阻挡放电离子源的研究进展[J]. 崔文凯,陈茂兴. 河南科技. 2019(11)
[4]镍盐应用及其浸渍方法研究进展[J]. 朱凯,刘俊,田辉平. 工业催化. 2018(06)
[5]能源革命和经济新常态下我国煤炭科技发展趋势探析[J]. 李丽英. 煤炭工程. 2017(03)
[6]介质阻挡放电过程中臭氧生成性能试验研究[J]. 朱燕群,林法伟,袁定琨,马强,王智化,周俊虎,岑可法. 动力工程学报. 2016(12)
[7]等离子体在绿色制备催化剂方面的应用:现状及展望（英文）[J]. 刘昌俊,李敏悦,王嘉琪,周昕瞳,郭秋婷,严金茂,李英芝. 催化学报. 2016(03)
[8]Effects of surface states over core-shell Ni@SiO2 catalysts on catalytic partial oxidation of methane to synthesis gas[J]. Chuanmin Ding,Xiaofeng Gao,Yulin Han,Xishun Ma,Junwen Wang,Shibin Liu,Kan Zhang. Journal of Energy Chemistry. 2015(01)
[9]Ni/Al2O3催化甲烷裂解[J]. 王文华,王和义,杨勇,蒋述斌. 应用化学. 2012(05)
[10]CO2捕集技术的研究进展[J]. 李洪,赵淑芳,刘长岩,靳志玲. 天津科技. 2010(05)
硕士论文
[1]DBD-纳米催化系统放电特性及催化剂改性研究[D]. 辉妍.大连理工大学 2019
[2]等离子体和助剂改性镍基催化剂二氧化碳甲烷化研究[D]. 张丽.天津大学 2015
本文编号：3316343
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