高活性抗積碳新型燒綠石負(fù)載Ni催化劑用于甲烷重整制氫

【摘要】：隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染等全球性問(wèn)題的日益突出,尋找綠色新能源迫在眉睫。氫氣做為一種清潔能源,是化石燃料的良好替代品。目前,低碳烴水蒸汽重整是高效制氫的方法,且已大規(guī)模工業(yè)化。其中天然氣儲(chǔ)量豐富,為大規(guī)模天然氣水蒸汽重整制氫提供了保障。為提高制氫效率,降低氫氣價(jià)格以利于其作為綠色能源推廣,仍有待于開(kāi)發(fā)具有更高活性和抗積碳性能的催化劑。燒綠石的通式為A2B2O7,用作甲烷氧化偶聯(lián)催化劑表現(xiàn)出高的化學(xué)穩(wěn)定性和催化活性。并且,B位被貴金屬離子取代的燒綠石已被用作干氣重整催化劑,但鮮見(jiàn)燒綠石型化合物用做Ni的載體制備重整制氫催化劑。本文以燒綠石做為載體負(fù)載Ni,并結(jié)合DBD等離子體處理方法,使得催化劑的活性、抗積碳性能和穩(wěn)定性得到提高。本文首先通過(guò)共沉淀方法制備了兩種不同B位元素的燒綠石—La2Sn2O7和La2Zr2O7,并負(fù)載Ni用于甲烷水蒸氣重整反應(yīng)。與傳統(tǒng)的Ni/Al2O3催化劑相比,Ni/La2Sn2O7和Ni/La2Zr2O7都表現(xiàn)出了良好的抗積碳性能。但La2Sn2O7的活性非常的低,而La2Zr2O7則表現(xiàn)出很高的活性。TGA-DSC和SEM結(jié)果證明在Ni/?-Al2O3表面發(fā)生了嚴(yán)重的積碳,但是在以燒綠石為載體的催化劑表面未發(fā)現(xiàn)積碳。這說(shuō)明以燒綠石為載體的Ni基催化劑具有強(qiáng)的抗積碳性能。XRD分析表明,還原后和使用后的Ni/La2Sn2O7中存在Ni3Sn2和Ni3Sn合金相。該合金的存在雖然可以有效抑制催化劑表面積碳,但會(huì)導(dǎo)致Ni活性中心失活,因此使催化劑活性降低。與Ni/?-Al2O3相比,Ni/La2Zr2O7催化劑中Ni晶粒更小,因此可以維持較高的活性。同時(shí),FTIR結(jié)果表明在Ni/La2Zr2O7催化劑表面形成了大量La2O2CO3物種,可以有效抑制積碳的形成。其次通過(guò)介質(zhì)阻擋放電(DBD)方法,以不同氣氛做為等離子體激發(fā)源對(duì)溶膠凝膠法制備了的Ni/La2Zr2O7催化劑進(jìn)行處理,并用于甲烷干氣重整反應(yīng)。同未經(jīng)等離子體處理的催化劑相比,經(jīng)過(guò)DBD處理后的催化劑的活性和穩(wěn)定性都有所提高。其中,焙燒前在氫氣等離子體激發(fā)源下處理的催化劑性能提高最明顯。TGA-DSC和SEM證實(shí)經(jīng)過(guò)等離子體處理后的催化劑的在反應(yīng)過(guò)程中積碳受到有效抑制。并且,XRD和TEM結(jié)果證明經(jīng)等離子體處理后,新鮮焙燒催化劑的NiO和還原后催化劑的Ni晶粒均明顯減小。H2-TPD結(jié)果表明,經(jīng)等離子體處理后催化劑的Ni活性中心分散度明顯增大,和燒綠石載體之間的作用增強(qiáng),因而使催化劑的活性和抗積碳性能得到提高。 【關(guān)鍵詞】：甲烷重整 燒綠石載體 鎳催化劑 DBD等離子體 抗積碳
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ116.2;O643.36
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 前言10-12
• 1.1.1 能源概述10-11
• 1.1.2 氫能簡(jiǎn)介11-12
• 1.1.3 天然氣12
• 1.2 甲烷重整反應(yīng)12-17
• 1.2.1 重整反應(yīng)概述12-14
• 1.2.2 抗積碳性能研究14-17
• 1.3 燒綠石概述17-19
• 1.4 等離子體概述19-20
• 1.5 研究?jī)?nèi)容和意義20-22
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分22-29
• 2.1 化學(xué)試劑原料與儀器設(shè)備22-23
• 2.1.1 化學(xué)試劑22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)氣體22-23
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器23
• 2.2 催化劑活性評(píng)價(jià)23-26
• 2.2.1 甲烷水蒸氣重整反應(yīng)催化活性評(píng)價(jià)23-24
• 2.2.2 甲烷二氧化碳重整催化活性評(píng)價(jià)24-25
• 2.2.3 催化劑活性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理25-26
• 2.3 催化劑表征26-29
• 2.3.1 X射線衍射（XRD）26
• 2.3.2 比表面積和孔容孔徑測(cè)定26-27
• 2.3.3 程序升溫還原（H_2-TPR）27
• 2.3.4 程序升溫脫附 （H_2-TPD）27
• 2.3.5 掃描電子顯微鏡（SEM）27
• 2.3.6 透射電子顯微鏡（TEM）27-28
• 2.3.7 熱重-差示掃描量熱法（TGA-DSC）28
• 2.3.8 傅里葉變換紅外（FTIR）28-29
• 第3章 不同B位燒綠石載體負(fù)載Ni用于甲烷水蒸氣重整反應(yīng)29-47
• 3.1 催化劑制備29-30
• 3.1.1 Ni/La_2Zr_2O_7催化劑制備29-30
• 3.1.2 Ni/La_2Sn_2O_7催化劑制備30
• 3.1.3 Ni/γ-Al_2O_3催化劑制備30
• 3.2 催化劑活性評(píng)價(jià)30
• 3.3 結(jié)果與討論30-45
• 3.3.1 催化劑在不同反應(yīng)溫度的活性分析30-32
• 3.3.2 催化劑在 800°C的穩(wěn)定性分析32-33
• 3.3.3 反應(yīng)后催化劑的積碳分析33-34
• 3.3.4 催化劑的SEM形貌表征34-36
• 3.3.5 催化劑的氮?dú)馕?脫附表征36-37
• 3.3.7 載體和催化劑的晶型分析37-38
• 3.3.8 載體的還原性能分析38-40
• 3.3.9 La_2Sn_2O_7載體的還原特性分析40
• 3.3.10 催化劑的還原性能分析40-42
• 3.3.11 還原后和使用后的催化劑晶相分析42-44
• 3.3.12 催化劑表面基團(tuán)分析44-45
• 3.3.13 燒綠石載體抗積碳分析45
• 3.4 小結(jié)45-47
• 第4章 DBD等離子體處理Ni/La_2Zr_2O_7催化劑用于甲烷二氧化碳重整反應(yīng)47-63
• 4.1 催化劑制備47-49
• 4.1.1 Ni/La_2Zr_2O_7催化劑制備47-48
• 4.1.2 焙燒前等離子體處理48
• 4.1.3 焙燒后等離子體處理48
• 4.1.4 未處理催化劑48-49
• 4.2 催化劑活性評(píng)價(jià)49
• 4.3 結(jié)果與討論49-62
• 4.3.1 催化劑 800°C穩(wěn)定性分析49-51
• 4.3.2 反應(yīng)后催化劑積碳分析51-52
• 4.3.3 使用后的催化劑表面形貌分析52-53
• 4.3.4 催化劑的孔結(jié)構(gòu)分析53-54
• 4.3.5 催化劑的晶體結(jié)構(gòu)分析54-56
• 4.3.6 催化劑的TEM表征56-58
• 4.3.7 催化劑的H_2-TPR分析58-60
• 4.3.8 催化劑的H_2-TPD分析60-61
• 4.3.9 等離子體增強(qiáng)效果討論61-62
• 4.4 小結(jié)62-63
• 第5章 結(jié)論與展望63-65
• 5.1 結(jié)論63-64
• 5.2 進(jìn)一步工作的方向64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-73
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果73-74

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來(lái)了解更多相關(guān)內(nèi)容

氫能的研究進(jìn)展    張軻;劉述麗;劉明明;張洪波;魯捷;曹中秋;張輝;

氫能及制氫的應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)    王艷輝,吳迪鏞,遲建

化學(xué)制氫技術(shù)研究進(jìn)展    吳川,張華民,衣寶廉

低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展    孟月東;鐘少鋒;熊新陽(yáng);

Ni/Al_2O_3催化劑催化乙醇水蒸氣重整制氫的研究    王倩;徐新;郭芳林;周林碧;

低溫等離子體技術(shù)及其在塑料包裝中的應(yīng)用    周浩;柯賢文;程紅炬;

含碳能源制氫的現(xiàn)狀及發(fā)展    喬春珍;

微型氫氣傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析    徐仁慶;殷晨波;何茂先;

甲烷重整制氫用催化劑的研究進(jìn)展    楊修春;韋亞南;

低溫等離子體技術(shù)在粉體表面處理中的應(yīng)用    何鐵石;周正發(fā);任鳳梅;汪瑾;徐衛(wèi)兵;

甲醇電解制氫    胡智怡;李永亮;沈培康;

純菌種R3連續(xù)流厭氧發(fā)酵生物制氫    李永峰;聶榮濤;韓偉;陳瑛;楊傳平;

中國(guó)能源領(lǐng)域溫室氣體排放現(xiàn)狀及減排對(duì)策研究    齊玉春,董云社

基于智能微網(wǎng)的氫氧聯(lián)合循環(huán)與風(fēng)能耦合發(fā)電系統(tǒng)    蔣東方;高丹;武珍;胡三高;

聚變經(jīng)濟(jì)學(xué)分析初探    袁潤(rùn);李亞洲;胡麗琴;王芳;王家群;顧曉慧;汪進(jìn);FDS團(tuán)隊(duì);

醋酸鎳促進(jìn)硼氫化鈉水解制氫的研究    龐美麗;吳川;吳鋒;白瑩;劉丹憲;

制氫變換工藝及催化劑研究進(jìn)展    何觀偉;

生物質(zhì)能利用技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展    劉旭;

中國(guó)碳排放水平影響因素的理論與實(shí)證分析    李志學(xué);路茵;徐程程;

復(fù)合金屬硫化物光催化劑的制備及其可見(jiàn)光活性研究    張軍

遼寧省能源消耗及碳排放規(guī)律研究    田徵

鋁基材料快速水解制氫的研究    陳星宇

煤液化重質(zhì)餾分的結(jié)構(gòu)及其催化加氫反應(yīng)性的研究    康士剛

CdS-TiO_2的形貌結(jié)構(gòu)調(diào)控及其光解水產(chǎn)氫性能研究    李曹龍

負(fù)載型Pt催化劑在乙二醇水相催化重整制氫反應(yīng)中的研究    劉曉暉

大氣壓高頻輝光混合氣體放電數(shù)值模擬    莊娟

硼氫化鈉水解制氫催化劑及相關(guān)技術(shù)研究    鄒閱超

超短激光脈沖表面微構(gòu)造硅及其光電性質(zhì)的研究    鮑璽

新型四塔變壓吸附提純氫氣過(guò)程研究    呂昌忠

燃?xì)廨啓C(jī)化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃料轉(zhuǎn)化技術(shù)研究    徐長(zhǎng)松

居住建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)中的建筑節(jié)能策略研究    丁翠

膨潤(rùn)土基納米復(fù)合PCM制備及其建筑節(jié)能應(yīng)用    薛永麗

我國(guó)海上能源運(yùn)輸通道安全評(píng)價(jià)研究    高建賓

能源規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立的研究    荊克晶

空調(diào)系統(tǒng)冷熱源方案選擇方法的研究    張維亞

世界范圍內(nèi)石油資源概況與我國(guó)石油儲(chǔ)備體系的關(guān)系及有關(guān)政策研究    王明瀚

被動(dòng)式采暖降溫技術(shù)對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境調(diào)節(jié)作用的研究    孫鵬

東北亞區(qū)域能源合作與競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)及中國(guó)能源戰(zhàn)略選擇    于矗禮

基于與太陽(yáng)能建筑結(jié)合的室內(nèi)熱環(huán)境研究    魏生賢

國(guó)外燃料電池研究發(fā)展現(xiàn)狀    李乃朝,衣寶廉

氫的應(yīng)用、提純及液氫輸送技術(shù)    孫酣經(jīng),梁國(guó)侖

我國(guó)開(kāi)展燃料電池研究開(kāi)發(fā)設(shè)想    劉文鵬，王新林

機(jī)動(dòng)車(chē)排氣型污染及防治對(duì)策    趙智華

常見(jiàn)的抗衰老藥    趙林森;

日本燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀    張松林;

國(guó)外制氫技術(shù)的新進(jìn)展    邵仲妮

生物制氫最新研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)    王亞楠;傅秀梅;劉海燕;管華詩(shī);王長(zhǎng)云;

世界能源及其分布狀況    周慶凡

流化催化裂化催化劑的無(wú)機(jī)酸脫金屬?gòu)?fù)活研究    李春義,沙有鑫,顧艷萍,袁起民,田華,山紅紅,楊朝合

納米級(jí)金屬催化劑的特性    徐明;

CuO-MnO_2/Al_2O_3催化臭氧化催化劑的制備、結(jié)構(gòu)表征及性能    李欣;邊疆;朱學(xué)多;強(qiáng)亮生;

Ziegler-Natta催化劑的表征研究進(jìn)展    黃文氫;張穎;楊萬(wàn)泰;

烷基鋁對(duì)TiCl_x/MgCl_2/THF催化劑化學(xué)結(jié)構(gòu)及性能的影響    黃文氫;楊嶺;趙曦;滿毅;李秉毅;張穎;楊萬(wàn)泰;

氧化亞氮分解催化劑的研究進(jìn)展    馮鳴;潘燕飛;徐秀峰;

負(fù)載的鉬催化劑表面結(jié)構(gòu)的研究    陸偉杰;伏義路;許存義;黃志剛;吳建新;范立;

高溫變換催化劑的發(fā)展方向    趙志利,何觀偉,霍尚義

放電等離子體用催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電場(chǎng)分析    李勝利,鐘生輝,李勁

工藝催化劑中助劑作用機(jī)理初探    蔡春泉

丙烯腈新型催化劑研制    汪國(guó)軍;吳糧華;陳欣;謝在庫(kù);

天然氣二段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的分析表征    李文鵬;徐顯明;郁向民;李方偉;裴皓天;李影輝;

相催化劑微粒聚集分維特征的模擬研究    鄭俊嫻;王遠(yuǎn)洋;

變換催化劑的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)    周曉奇;李速延;

水熱條件下Ni/La_2O_3-SiO_2-Al_2O_3催化劑結(jié)構(gòu)演變    張鴻喜;吳君璧;宋美婷;李海濤;亢麗娜;趙永祥;

摩擦催化反應(yīng)中機(jī)械摩擦作用對(duì)催化劑的影響    歐陽(yáng)平;姚金華;陳國(guó)需;李華峰;

高活性TiCl_4/SiO_2/AlEt_3催化劑淤漿聚合制備寬峰分布聚乙烯    劉智;黃海兵;張新莉;甄洪鵬;義建軍;黃啟谷;楊萬(wàn)泰;張明革;高克京;李紅明;

催化劑的壁厚設(shè)計(jì)與壽命管理    楊述芳;陶若虹;徐樹(shù)元;任宏俊;

Ziegler-Natta催化劑下α-烯烴聚合反應(yīng)中若干問(wèn)題的理論研究    韓哲;張冬菊;李國(guó)平;武劍;劉成卜;

山梨醇和釕助劑添加對(duì)二氧化硅擔(dān)載鈷基催化劑結(jié)構(gòu)及其費(fèi)托合成性能影響的原位表征研究    洪景萍;

催化劑助氫氣輕松儲(chǔ)存    覃澤文

原位晶化催化劑降物耗能耗    仇國(guó)賢

科技創(chuàng)新降低能耗提高效率    特約記者 張曉君　蕭兵

液相苯部分加氫制環(huán)己烯新型釕催化劑的研究    周功兵

基于POC和SCR技術(shù)降低車(chē)用柴油機(jī)顆粒物和氮氧化物排放的研究    劉洋

含氟硫脲有機(jī)催化劑的制備及應(yīng)用    黃一波

活性炭為載體釕催化劑的制備及氨合成催化性能的研究    鄭曉玲

釕基催化劑上含氯揮發(fā)性有機(jī)化合物的低溫催化燃燒    冉樂(lè)

氧化銅基催化劑選擇性催化還原氮氧化物研究    馬朝霞

鋰基和鉀基稀燃氮氧化物儲(chǔ)存還原催化劑結(jié)構(gòu)與性能研究    何俊俊

鉬基催化劑上水蒸氣處理對(duì)甲烷芳構(gòu)化活性的影響及積碳性質(zhì)研究    王紅霞

釩系催化劑催化甲醇選擇性氧化合成二甲氧基甲烷    陳爽

鎳基底氮化碳催化劑的構(gòu)筑及其催化加氫反應(yīng)性能    符滕

帶錨鏈固定的多相金屬羰基絡(luò)合物催化劑的制備及其性能研究    張?jiān)鲁?/span>

基于小波和分形理論負(fù)載型聚乙烯催化劑表面形態(tài)學(xué)研究    岑為

基于不對(duì)稱雙席呋堿—鈷系催化劑的開(kāi)發(fā)及其催化制備聚酯的研究    仵靜

卟啉類催化劑的電子自旋共振及催化氧氣液相氧化苯酚性能的研究    呂江濤

水滑石負(fù)載銀催化劑的制備及其催化性能研究    王曉彤

希夫堿—鋅催化劑的開(kāi)發(fā)及其催化丙交酯均聚及與環(huán)氧化物共聚的研究    陳蕾蕾

在碳酸氫鹽活化過(guò)氧化氫的條件下負(fù)載型鈷催化劑催化苯酚降解的研究    宋威

咪唑啉和二肽類催化劑的設(shè)計(jì)合成及應(yīng)用研究    陳復(fù)彬

納米金催化劑的光催化性能研究    韓丹

鉍酸鈣、鉍酸鍶催化劑的制備及其光催化性能研究    王永姣