甲烷—二氧化碳重整反应Ni-Co双金属催化剂的改性研究

【摘要】：Ni基催化剂是甲烷二氧化碳干重整反应最理想的催化剂,而开发和研究具有高活性和超强的抗积碳性能的催化剂是Ni基催化剂改性的方向。本研究主要分为三方面对甲烷干重整反应的Ni-Co双金属催化剂进行研究,本课题采用柠檬酸络合法分别制备了担载量为5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%的Ni基催化剂,并对这些催化剂进行了XRD、H2-TPR、BET等物理表征和催化剂活性测试,结果表明,Ni/Al2O3催化剂Ni的最佳担载量为15wt%,将此Ni基催化剂置于750℃,压力为常压,空速GHSV=24000ml·gcat-1·h-1条件下催化甲烷二氧化碳发生反应,CH4转化率最高达84.3%,CO2转化率最高达84.8%,CO转化率最高达94.4%,且随着反应的进行,反应物的转化率和生成物的选择性都呈现逐渐下降的趋势；根据单金属组分催化剂的最佳担载量制备出不同质量分数比的双金属催化剂NixCoi-x/Al2O3,通过对双金属催化剂进行XRD、H2-TPR、BET等物理表征和催化剂活性测试,结果显示当x=0.7时,Ni-Co双金属催化剂在相同的条件下催化甲烷二氧化碳重整反应取得较好的效果：CH4转化率最高为92.3%、C02转化率最高为91.6%,CO的选择性最高为95.3%；本研究课题还考察了助剂对催化剂性能的影响,分别在Ni-Co双金属催化剂中添加了碱金属助剂(K)、碱土金属助剂(Sr)和稀土元素(La、Ce),研究表明,助剂的添加对提高催化剂的活性和稳定性都有积极的影响,但是不同助剂对甲烷干重整催化剂的影响不同,其中稀土金属助剂Ce对提高甲烷干重整催化剂的催化性能影响最明显,在750℃,压力为常压,空速GHSV=24000ml·gcat-1·h-1条件下,添加Ce后的Ni-Co双金属催化剂在催化甲烷二氧化碳反应测试中,CH4最高转化率为94.7%,C02最高转化率为94.5%,CO最高选择性为98.4%,而且此时的催化剂稳定性良好,在反应12h后催化剂仍具有较好的活性,是一种优良的催化剂。 【关键词】：甲烷干重整 改性 催化性能 双金属催化剂 性能表征
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 图目录14-15
• 表目录15-16
• 1 绪论16-30
• 1.1 能源化工的发展历程16
• 1.2 甲烷和二氧化碳的利用简介16-19
• 1.2.1 甲烷催化重整介绍17-19
• 1.3 甲烷二氧化碳重整的催化剂及其制备方法19-23
• 1.3.1 甲烷二氧化碳重整反应的催化剂19-21
• 1.3.2 甲烷二氧化碳重整催化剂的制备方法21-23
• 1.4 干重整反应催化剂的积碳研究23-24
• 1.4.1 干重整反应催化剂的积碳原因探究23
• 1.4.2 干重整反应积碳类型的研究23-24
• 1.5 甲烷二氧化碳重整Ni基催化剂的改性研究24-28
• 1.5.1 活性组分24-25
• 1.5.2 载体25-27
• 1.5.3 助剂27-28
• 1.6 本课题的主要研究内容28-30
• 2 实验部分30-38
• 2.1 实验原料和主要的仪器设备30-31
• 2.1.1 实验药品与试剂30
• 2.1.2 实验气体30-31
• 2.1.3 主要实验仪器31
• 2.2 催化剂的制备31-32
• 2.2.1 Ni/Al_2O_3催化剂的制备31-32
• 2.2.2 Ni_xCo_(1-x)/Al_2O_3催化剂的制备32
• 2.2.3 Ni_(0.7)Co_(0.3)/Al_2O_3催化剂对载体的改性32
• 2.3 催化剂反应性能评价32-36
• 2.3.1 催化剂活性评价装置流程图34-35
• 2.3.2 催化剂的活性评价方法35-36
• 2.4 催化剂的表征36-38
• 2.4.1 X射线衍射(XRD)36
• 2.4.2 氢气程序升温还原(H_2-TPR)36-37
• 2.4.3 热重差热分析(TG-DTA)37
• 2.4.4 比表面积测试(BET)37-38
• 3 Ni负载量对Ni/Al_2O_3催化剂的性能影响38-44
• 3.1 引言38
• 3.2 不同Ni负载量的Ni/Al_2O_3催化剂的物理化学性能38-43
• 3.2.1 不同Ni负载量的Ni/Al_2O_3催化剂的物相分析38-39
• 3.2.2 Ni/Al_2O_3催化剂的H_2-TPR分析39-40
• 3.2.3 Ni/Al_2O_3催化剂的BET分析40
• 3.2.4 Ni/Al_2O_3催化剂的催化活性分析40-43
• 3.3 15wt%Ni/Al_2O_3催化剂的TG-DTA分析43
• 3.4 小结43-44
• 4 Ni-Co双金属催化剂44-53
• 4.1 引言44
• 4.2 Ni_xCo_(1-x)/Al_2O_3催化剂的物理化学性能44-49
• 4.2.1 Ni_xCo_(1-x)/Al_2O_3催化剂的物相分析44-45
• 4.2.2 Ni_xCo_(1-x)/Al_2O_3催化剂的H_2-TPR分析45-46
• 4.2.3 Ni_xCo_(1-x)/Al_2O_3催化剂的BET分析46
• 4.2.4 Ni_xCo_(1-x)/Al_2O_3催化剂的催化性能分析46-49
• 4.3 Ni_(0.5)Co_(0.5)/Al_2O_3催化剂的TG-DTA分析49-50
• 4.4 单组分金属催化剂和双组份金属催化剂的化学性能比较50-51
• 4.5 小结51-53
• 5 Ni-Co双金属催化剂的改性53-59
• 5.1 引言53
• 5.2 15%Ni_(0.7)Co_(0.3)/Al_2O_3-M_xO(M=La、Sr、K、Ce)催化剂的物理化学性能53-58
• 5.2.1 15%Ni_(0.7)Co_(0.3)/Al_2O_3-M_xO催化剂的物相分析53-54
• 5.2.2 Ni_(0.7)Co_(0.3)/Al_2O_3-M_xO催化剂的H_2-TPR分析54-55
• 5.2.3 Ni_(0.7)Co_(0.3)/Al_2O_3-M_xO催化剂的BET分析55
• 5.2.4 15%Ni_(0.7)Co_(0.3)/Al_2O_3-M_xO催化剂的催化性能考察55-58
• 5.3 Ni_(0.7)Co_(0.3)/Al_2O_3-CeO_2的TG-DTA分析58
• 5.4 小结58-59
• 6 结论59-60
• 7 问题与展望60-61
• 7.1 本课题存在的主要问题60
• 7.2 本课题的研究展望60-61
• 8 参考文献61-66
• 致谢66

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