氧化鎂負(fù)載鎳甲烷二氧化碳重整催化劑的制備、表征及其催化性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技和人類社會活動的發(fā)展,能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和環(huán)境保護(hù)成為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的重要問題。由于甲烷二氧化碳重整反應(yīng)可以有效地利用甲烷和二氧化碳這兩種溫室氣體,并將其轉(zhuǎn)化為非常有用的合成氣,同時可以在一定程度上緩解甲烷和二氧化碳的排放而備受矚目。研究者們著力于開發(fā)出具有高活性和高穩(wěn)定性的甲烷二氧化碳重整催化劑。本文針對載體的晶面、比表面積以及形貌等因素對催化劑活性和穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究,從載體的物理化學(xué)性質(zhì)、金屬與載體的相互作用、活性金

2、屬的分散情況、以及催化劑的制備方法等方面進(jìn)行了分析。
　　本文首先制備了主要暴露晶面為(111)的MgO納米片,并將其作為載體制備了鎳催化劑(Ni/MgO(111)),應(yīng)用于甲烷二氧化碳重整反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與商業(yè)MgO負(fù)載的鎳催化劑(Ni/MgO(CM))相比,Ni/MgO(111)催化劑在甲烷二氧化碳重整反應(yīng)過程中具有更為優(yōu)異的催化性能。在650℃、常壓、36SLh-1g-1反應(yīng)條件下,Ni/MgO(111)催化劑CH4和C

3、O2的TOF值分別為0.63S-1、0.72S-1,而Ni/MgO(CM)催化劑CH4和CO2的TOF值分別為0.47S-1、0.53S-1,且Ni/MgO(CM)催化劑反應(yīng)10小時后CH4的轉(zhuǎn)化率下降了16％,而Ni/MgO(111)催化劑反應(yīng)100小時后CH4的轉(zhuǎn)化率只下降了8.8%。
　　本論文進(jìn)一步研究了鎳負(fù)載量對MgO(111)負(fù)載的鎳基催化劑性能的影響。發(fā)現(xiàn)隨著鎳負(fù)載量的增大,催化劑的活性和穩(wěn)定性均有所提高,但當(dāng)鎳負(fù)載

4、量大于10%時,繼續(xù)增加鎳負(fù)載量將導(dǎo)致催化劑的穩(wěn)定性下降。同時還發(fā)現(xiàn),隨著鎳負(fù)載量的增大,活性金屬的顆粒尺寸呈現(xiàn)增長的趨勢,并且在反應(yīng)中顯示出不同的失活方式:2%Ni/MgO(111)催化劑的快速失活原因可能主要以Ni粒子的氧化為主,而負(fù)載量大于2%的Ni/MgO(111)催化劑的失活原因則是以積碳和鎳粒子的燒結(jié)為主。
　　另外,本文還制備了不同比表面積的MgO,研究載體的比表面積對催化劑性能的影響。結(jié)果表明:對MgO載體而言,載

5、體的比表面積越大,分散活性金屬的能力越強(qiáng),催化劑的初始活性越高。同時研究還發(fā)現(xiàn),載體活化CO2的能力越強(qiáng),催化劑的穩(wěn)定性越好。
　　最后,本文成功制備了介孔MgO(標(biāo)記為MgO(H)),并采用一步合成法和浸漬法分別制備了6%NiO-MgO催化劑和不同鎳負(fù)載量的Ni/MgO(H)催化劑。結(jié)果顯示:介孔MgO的孔道結(jié)構(gòu)可以有效的限制活性金屬的長大,使得活性金屬具有較高的分散度,從而使Ni/MgO(H)催化劑具有較高的活性,且反應(yīng)100