NI-Ce-SiO2催化劑的制備、表征及其CO甲烷化性能.pdf

1、CO甲烷化不但在合成氨、石油化工制氫方面得到廣泛應(yīng)用，而且在其他許多方面也具有重要的應(yīng)用價(jià)值，如燃料電池中氫氣純化;城市煤氣中CO解毒以提高其熱值;F-T合成中避免甲烷產(chǎn)生的研究等;尤其是近年來利用焦?fàn)t煤氣甲烷化以及劣質(zhì)煤經(jīng)氣化、甲烷化合成代用天然氣，已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同矚目的一個(gè)研究課題。同時(shí)，在理論研究方面，由于該反應(yīng)體系簡單而常被用作研究甲烷化催化劑的探針反應(yīng)。在CO甲烷化催化劑中，貴金屬Ru催化活性最高，但由于價(jià)格昂貴，使其

2、應(yīng)用受到限制;Ni具有較好的活性，且價(jià)格相對低廉，大多數(shù)富氫氣體中少量CO的甲烷化過程都普遍使用鎳基催化劑。為了提高催化劑的催化性能，在催化劑中加入適宜助劑可謂一種有效的方法。常用的助劑有堿金屬、堿土金屬以及稀土金屬氧化物，其中CeO2由于具有良好的儲放氧能力、氧化還原性以及分散表層活性組分等特性而在催化領(lǐng)域廣泛受到青睞。SiO2氣凝膠具有小粒徑、高比表面積、高孔隙率等特性，是一種性能優(yōu)良的催化劑載體。本課題組前期研究工作表明，Ni/S

3、iO2催化劑具有較好的CO甲烷化催化活性，本文在前期工作的基礎(chǔ)上，采用等體積浸漬法制備了一系列Ni/SiO2和Ni-M/SiO2(M=Ce、Co、Cu)催化劑，考察了不同助劑對Ni/SiO2催化劑CO甲烷化催化活性影響，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化了Ni-Ce/SiO2催化劑的各種制備條件（包括不同Ni/Ce比、Ce含量、浸漬順序等）。在此基礎(chǔ)上，通過N2-physisorption、XRD、H2-TPR、TPD、TPSR等手段對催化劑的結(jié)構(gòu)和表面性

4、質(zhì)進(jìn)行表征，深入探討了Ce助劑的引入對催化劑上甲烷化反應(yīng)物與產(chǎn)物分子吸脫附行為的影響。本文最后還考察了反應(yīng)工藝條件（包括空速、反應(yīng)溫度、原料氣中CO含量）對Ni-Ce/SiO2催化劑甲烷化催化活性的影響，以及該催化劑的耐熱穩(wěn)定性和壽命。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴助劑Ce的添加能有效提高Ni/SiO2催化劑的CO甲烷化活性。其中，7wt％Ni-2wt％Ce/SiO2表現(xiàn)出優(yōu)于7wt％Ni/SiO2和13wt％Ni/SiO2的催化性

5、能，其催化CO甲烷化反應(yīng)起燃溫度和完全轉(zhuǎn)化溫度分別為190℃和230℃。⑵對7wt％Ni/SiO2和7wt％Ni-2wt％Ce/SiO2催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)表征，結(jié)果表明，將Ce引入Ni/SiO2催化劑后，NiO、CeO2和SiO2三者之間產(chǎn)生了相互作用，雖對催化劑的織構(gòu)特征影響不大，但顯著促進(jìn)了催化劑中活性鎳物種的分散，減弱了活性組分與載體間的相互作用，增加了活性比表面積，并促使在催化劑表面形成了新的中等強(qiáng)度的CO吸附中心，增強(qiáng)了

6、催化劑對CO的吸附活化能力，顯著提高了催化劑的CO甲烷化活性。⑶在針對7wt％Ni-2wt％Ce/SiO2催化劑CO甲烷化反應(yīng)工藝條件、耐熱穩(wěn)定性及壽命考察實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在空速由3000h-1提高到10000h-1的過程中，催化劑上CO轉(zhuǎn)化率略有下降;在考察的反應(yīng)溫度范圍內(nèi)(100～640℃)，該催化劑具有寬的反應(yīng)活性溫度區(qū)域;在550℃高溫下反應(yīng)后催化劑耐熱穩(wěn)定性良好，在240℃、7000 h-1、1％ CO的評價(jià)條件下，催化劑在近24