納米鎳基催化劑用于甲烷裂解反應(yīng)的研究.pdf

1、該文根據(jù)甲烷裂解過程中碳纖維的生長機(jī)理,設(shè)計(jì)并制備了具有高活性的納米鎳基催化劑.為調(diào)變活性組分Ni的晶粒大小,結(jié)晶程度及其與載體的相互作用,該文分別利用從Feitknecht母體結(jié)構(gòu)出發(fā)的共沉淀法和從金屬氧化物出發(fā)的反向浸漬法,得到了NiO結(jié)晶程度差別較大的Ni/Al<,2>O<,3>和Ni/SiO<,2>系列催化劑.在兩體系催化劑中分別引入少量銅,考查了銅對(duì)鎳的調(diào)變作用.在管式反應(yīng)器和熱天平反應(yīng)器中對(duì)所制備催化劑進(jìn)行了甲烷裂解的活性評(píng)

2、價(jià),對(duì)甲烷催化裂解和納米碳形成的反應(yīng)機(jī)理及活性影響因素進(jìn)行了探索.利用TG/DTA表征了共沉淀法制備的Ni/Al<,2>O<,3>系列催化劑母體的煅燒,以及反向浸漬制備過程中Ni(OH)<,2>的煅燒和浸漬后硅源的分解過程.利用XRD和TPR表征了所制備的Ni/Al<,2>O<,3>和Ni/SiO<,2>系列氧化物的結(jié)構(gòu)與還原特性.利用SEM,TEM和SAD表征了反向浸漬法制備的系列催化劑的顆粒形貌和結(jié)晶程度.研究表明,在該文的共沉淀?xiàng)l

3、件下,得到了Feitknecht結(jié)構(gòu)為母體的Ni/Al<,2>O<,3>催化劑,該結(jié)構(gòu)煅燒得到以氧化鎳晶格為骨架的混合金屬氧化物,Al<,2>O<,3>對(duì)NiO晶粒存在高穩(wěn)定作用和較強(qiáng)的相互作用.反向浸漬法得到的Ni/SiO<,2>催化劑中NiO晶粒結(jié)晶度較高,SiO<,2>作為結(jié)構(gòu)助劑與NiO產(chǎn)生一定的相互作用,阻止了NiO的燒結(jié).兩體系中助劑銅的引入對(duì)NiO晶粒存在調(diào)變作用.一方面,銅的存在使催化劑的還原溫度降低,另一方面,銅的引入

4、改善了NiO的結(jié)晶程度.在原位熱天平中利用程序升溫反應(yīng)考查了所制備催化劑的積碳溫區(qū)和最大積碳速率.在管式反應(yīng)器中考查了所制備催化劑對(duì)甲烷裂解反應(yīng)的活性和穩(wěn)定性.結(jié)果顯示,反向浸漬法制備的Ni/SiO<,2>系列催化劑中,Ni(OH)<,2>母體的煅燒溫度對(duì)催化活性影響很大,高溫煅燒使NiO晶粒過大,活性下降.低溫煅燒并添加少量Cu助劑的75Ni-8Cu/SiO<,2>和75Ni-15Cu/SiO<,2>催化劑均高于共沉淀法制備的Ni-C

5、u/Al<,2>O<,3>催化劑,其中75Ni-8Cu/SiO<,2>具有最大的積碳速率.700℃下75Ni-8Cu/SiO<,2>具有很高的甲烷裂解催化活性,但是失活很快;75Ni-15Cu/SiO<,2>催化劑初活性略低,但是穩(wěn)定性好,最終積碳量最大.對(duì)Ni/SiO<,2>系列催化劑上生成的碳纖維進(jìn)行SEM和TEM表征,結(jié)果顯示,Ni/SiO<,2>催化劑中Cu的加入使反應(yīng)過程中Ni金屬顆粒變形為近似于正六面體結(jié)構(gòu),晶粒長大到80~