甲烷化鎳催化劑等離子體處理制備研究.pdf

1、由于能源及環(huán)境等問題,甲烷化成了一個(gè)研究的熱門課題。鎳是一種良好的金屬催化劑,對眾多反應(yīng)具有良好的催化作用,由于其價(jià)格低廉,在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí),鎳催化劑也有容易積碳、燒中毒等缺點(diǎn)。為了改進(jìn)鎳催化劑的活性和穩(wěn)定性,人們做了大量工作。等離子體是一種具有高能量和高活性的體系,各國的研究人員從物理、化學(xué)等各個(gè)角度對等離子體進(jìn)行了廣泛而深入的研究。在以前的研究中,我們用等離子體處理制備了多種負(fù)載型金屬催化劑,得到的催化劑和常規(guī)催化

2、劑相比,具有分散好,活性高,穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。在本文中,我們將輝光放電等離子體用于處理二氧化硅負(fù)載的鎳催化劑,并將其用于甲烷化反應(yīng)。得到的鎳催化劑鎳顆粒粒徑更小、分布范圍窄、分散度高,對于甲烷化反應(yīng)的活性更高,相對于常規(guī)的催化劑,達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率的溫度降低了25℃。在反應(yīng)后,通過TEM表征,我們發(fā)現(xiàn)等離子體處理后的催化劑抗積碳能力增強(qiáng),在反應(yīng)氣氛下依然保持良好的分散性,在反應(yīng)后沒有發(fā)生明顯的顆粒聚集。
　　 我們將熱分析技術(shù)用于鎳催

3、化劑前驅(qū)體表征,結(jié)果表明,等離子體處理促使硝酸鎳前驅(qū)體失水并部分分解,且處理后的硝酸鹽分解溫度向高溫移動。這是首次將等離子體處理后的催化劑前驅(qū)體和常規(guī)樣品前驅(qū)體用熱分析手段進(jìn)行比較,并對等離子體處理后的前驅(qū)體分解過程進(jìn)行了定量分析。
　　 我們采用了另一種等離子體-介質(zhì)阻擋放電等離子體,將其和輝光放電等離子體對比,并用富氫氣體的甲烷化反應(yīng)考察活性。結(jié)果證明,介質(zhì)阻擋放電等離子體能更快速的分解鎳硝酸鹽前驅(qū)體。在處理1 h后,這兩種

4、等離子體都使鎳催化劑的活性提高,完全轉(zhuǎn)化所需的溫度均比常規(guī)催化劑降低20℃。XRD分析表明,這兩種等離子體處理后的樣品鎳顆粒粒徑均為20 nm,小于常規(guī)樣品(22nm)。較小的顆粒粒徑是活性提高的主要原因。
　　 通過原子力顯微鏡對負(fù)載鎳模型催化劑進(jìn)行研究,觀察了在催化劑制備的各個(gè)階段鎳物種的形貌變化。結(jié)果表明焙燒前的鎳物種粒徑和形貌沒有發(fā)生明顯變化,但是在高溫焙燒和還原過程中,由于等離子體改變了載體的性質(zhì),增強(qiáng)了表面張力,形成