| Ni基催化剂上甲烷二氧化碳重整制合成气反应的研究 | |
| 张三兵 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 王晓来 |
| 2008-05-21 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | OSSO国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学（含：化学物理） |
| Keyword | 镍基催化剂 甲烷二氧化碳重整 合成气 Ni-based Catalyst Drm Syngas |
| Abstract | 甲烷与二氧化碳重整制取合成气，所制取的合成气具有低的H2/CO比，更适宜F-T合成及羰基合成，同时综合利用天然气和二氧化碳这两种温室气体，可以缓解因温室气体的排放引起的温室效应，对减轻气候变暖有着重要的意义。因而研究甲烷与二氧化碳重整制合成气反应，具有重大的战略意义。 Ni基催化剂拥有可与贵金属催化剂相比的催化活性，且具有价格低廉、适于工业化大规模应用的优点。但是Ni基催化剂容易积炭，从而导致催化剂失活或堵塞反应器，这也是阻止甲烷与二氧化碳重整制取合成气反应至今没有工业化的“瓶颈”问题。本论文立足于甲烷与二氧化碳重整制取合成气反应，以改进Ni基催化剂为目标，研究了载体、制备方法对催化剂活性、抗积炭性能和稳定性的影响，首次采用溶胶凝胶结合浸渍法制备Ni/TiO2-SiO2催化剂；首次用低温乙醇方法负载的羟基磷灰石制备Ni/HAp。应用多种现代物理化学表征手段对催化剂的物相结构、表面活性物种的化学状态进行了表征。具体成果如下： 1. 采用溶胶凝胶结合浸渍法制备的Ni/TiO2-SiO2催化剂，发现催化剂的最佳组分比例为Ni占10%，TiO2/SiO2重量比为50: 50。催化剂焙烧温度对催化性能的影响试验表明，700 °C焙烧的催化剂具有高的催化活性和稳定性，这是由于Ni粒子尺寸与强的金属-载体间相互作用的协同效应导致700 °C焙烧的催化剂体现出如此高的催化性能。该Ni/TiO2-SiO2催化剂的制备过程简单，且不用添加有机物和模板，更重要的，这样一个制备过程或许可以拓展到TiO2-SiO2二元复合氧化物负载的其它金属催化剂制备过程中。 2. 采用具有优良机械性能、热稳定性和化学惰性以及低比重和抗氧化性的SiC材料作为载体制备了Ni基催化剂，发现Ni/SiC催化剂可以在较低NiO含量（3%）的情况下获得较高催化性能。在反应过程中，催化剂上有积炭产生。但是该积炭对3% Ni/SiC催化剂的稳定性没有产生明显的不利影响。随着反应温度的升高，反应物的转化率在逐渐增加，合成气的收率也在逐渐增加，说明Ni/SiC催化剂有在高温下甲烷二氧化碳重整的潜在优势。总之我们发现Ni/SiC催化剂是甲烷与二氧化碳重整制合成气的优良催化剂，尤其在稳定性方面有着突出表现。 3. 采用表面活性剂模板法制备的Cex-Zr1-xO2 (x=0.2，0.5，0.8)固溶体作为载体负载的Ni基催化剂，发现Ce02.Zr0.8O2负载的Ni基催化剂具有高的甲烷和二氧化碳重整活性和稳定性，表明低Ce含量的铈锆固溶体负载的Ni基催化剂在甲烷二氧化碳重整中可以具有高的催化性能，这归结于Ni与载体间的强相互作用。说明 文献报道的“高Ce含量的铈锆固溶体负载的Ni基催化剂才具有高催化性能”的观点是片面的。这对于Ni/CeO2–ZrO2催化剂用于甲烷二氧化碳重整制合成气是重要的研究发现。 4. 采用低温乙醇-水相法制备的羟基磷灰石负载的Ni基催化剂，发现催化剂在不加稀释气的情况下，有着高的催化活性与稳定性。研究发现在Ni/HAp催化剂中Ni物种以三种形式存在，(i)催化剂表面的大的NiO粒子；(ii)与载体有强相互作用的NiO; (iii)部分取代Ca进入载体骨架的Ni。而正是这种强的金属-载体间相互作用和Ni取代Ca对催化剂的性能产生着重要的有利影响。 |
| Subject Area | 多相催化 |
| Funding Project | 多相选择氧化研究组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/2927 |
| Collection | 羰基合成与选择氧化国家重点实验室（OSSO） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 张三兵. Ni基催化剂上甲烷二氧化碳重整制合成气反应的研究[D]. 中国科学院研究生院,2008. |
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| 200832张三兵.pdf（3138KB） | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | |||
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