氧化鎂負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,能源結構的調整和環(huán)境保護成為可持續(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)定性的影響進行了研究,從載體的物理化學性質、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)),應用于甲烷二氧化碳重整反應。實驗結果表明:與商業(yè)MgO負載的鎳催化劑(Ni/MgO(CM))相比,Ni/MgO(111)催化劑在甲烷二氧化碳重整反應過程中具有更為優(yōu)異的催化性能。在650℃、常壓、36SLh-1g-1反應條件下,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10小時后CH4的轉化率下降了16％,而Ni/MgO(111)催化劑反應100小時后CH4的轉化率只下降了8.8%。
　　本論文進一步研究了鎳負載量對MgO(111)負載的鎳基催化劑性能的影響。發(fā)現(xiàn)隨著鎳負載量的增大,催化劑的活性和穩(wěn)定性均有所提高,但當鎳負載

4、量大于10%時,繼續(xù)增加鎳負載量將導致催化劑的穩(wěn)定性下降。同時還發(fā)現(xiàn),隨著鎳負載量的增大,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,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,催化劑的穩(wěn)定性越好。
　　最后,本文成功制備了介孔MgO(標記為MgO(H)),并采用一步合成法和浸漬法分別制備了6%NiO-MgO催化劑和不同鎳負載量的Ni/MgO(H)催化劑。結果顯示:介孔MgO的孔道結構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100