銅鎳合金納米催化劑在甲烷二氧化碳重整方面的應(yīng)用

【摘要】：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口的劇增，對(duì)能源的供給提出了更高的要求。雖然我國(guó)一直在大力發(fā)展風(fēng)能、核能、太陽(yáng)能等清潔能源，但是，化石原料對(duì)能源的供給，仍是這個(gè)社會(huì)的長(zhǎng)期主題，短時(shí)間內(nèi)難以改變。眾所周知，化石原料的消耗會(huì)造成大量的二氧化碳排放，引起嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。如何有效地利用二氧化碳，成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。甲烷二氧化碳重整反應(yīng)可將溫室氣體二氧化碳和甲烷轉(zhuǎn)換為化工合成中非常重要的化工合成氣（一氧化碳和氫氣），不僅能保護(hù)環(huán)境，減輕溫室效應(yīng)，還能形成巨大的經(jīng)濟(jì)效益，近年來(lái)備受研究者們的關(guān)注。 過(guò)去的研究表明，鎳基催化劑為甲烷二氧化碳重整反應(yīng)中最為廉價(jià)有效的催化劑。但是，鎳基催化劑積碳嚴(yán)重、抗燒結(jié)能力差等弱點(diǎn)，阻礙了其在工業(yè)上的進(jìn)一步發(fā)展。雙金屬合金催化劑，由于金屬原子的協(xié)同效應(yīng)，能夠顯著改善催化劑的催化性能。已有研究指出，貴金屬諸如鉑、鈀、銠等的摻雜，能夠有效提高鎳基催化劑在甲烷二氧化碳重整反應(yīng)中的熱穩(wěn)定性和抗積碳能力。然而，貴金屬元素價(jià)格昂貴，儲(chǔ)量稀少，難以應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中。因此，合成具有良好催化活性和穩(wěn)定性的雙金屬催化劑顯得尤為重要。 我們成功地合成出兩種不同類型的銅鎳合金納米催化劑，并將之應(yīng)用于甲烷二氧化碳重整反應(yīng)中，取得了良好的效果。在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們通過(guò)微乳法合成出銅鎳二氧化硅核殼包覆結(jié)構(gòu)。通過(guò)二氧化硅的包覆，我們解決了銅鎳合金納米顆粒粒徑不均一的問(wèn)題（5-50nm），成功合成出平均粒徑為12nm的銅鎳合金納米顆粒。經(jīng)過(guò)催化性能測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)，適量銅元素的摻雜能夠有效抑制反水氣反應(yīng)的發(fā)生，提高催化反應(yīng)效率，并且二氧化硅殼層能夠起到阻止納米顆粒高溫?zé)Y(jié)的作用，催化劑顯示出良好的熱穩(wěn)定性。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們通過(guò)金屬硅酸鹽前體，設(shè)計(jì)出日冕型銅鎳二氧化硅負(fù)載型催化劑。該催化劑具有金屬納米顆粒粒徑?。ㄆ骄?nm），金屬負(fù)載量大，比表面積大（400m2/g）等優(yōu)勢(shì)，非常適用于甲烷二氧化碳重整催化反應(yīng)。此外，我們還對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)理做了較為深入的分析，發(fā)現(xiàn)適量PVP的加入能夠有效調(diào)控催化劑的形貌。當(dāng)銅鎳之比為1/3時(shí)，催化劑擁有最優(yōu)良的催化活性和穩(wěn)定性。 綜上所述，我們的實(shí)驗(yàn)表明，兩種類型的銅鎳合金催化劑均擁有優(yōu)異的催化性能，有望在未來(lái)成為甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的工業(yè)催化劑，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)化工工業(yè)的發(fā)展。 【關(guān)鍵詞】：銅鎳合金 催化劑 甲烷二氧化碳重整反應(yīng) 核殼包覆結(jié)構(gòu) 日冕型結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TQ426.8
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-29
• 1.1 引言12-13
• 1.2 甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的催化組分13-20
• 1.2.1 催化的活性金屬組分13-15
• 1.2.2 催化劑載體15-18
• 1.2.3 催化劑助劑18-20
• 1.3 催化劑的合成方法20-23
• 1.3.1 浸漬法21-22
• 1.3.2 溶膠凝膠法22
• 1.3.3 微乳法22-23
• 1.3.4 水熱法23
• 1.4 甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的催化機(jī)理23-26
• 1.4.1 甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的熱力學(xué)條件23-25
• 1.4.2 甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理25-26
• 1.5 甲烷二氧化碳催化反應(yīng)催化劑的失活26-28
• 1.6 本論文研究的內(nèi)容和意義28-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法29-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)化學(xué)試劑和表征設(shè)備29-30
• 2.2 催化劑合成方法30-31
• 2.2.1 Cu-Ni@SiO2核殼包覆結(jié)構(gòu)催化劑的合成30
• 2.2.2 日冕型 Cu-Ni/SiO_2負(fù)載型結(jié)構(gòu)催化劑的合成30-31
• 2.2.3 傳統(tǒng)浸漬法 Ni/SiO_2負(fù)載型結(jié)構(gòu)催化劑的合成31
• 2.3 催化劑性能測(cè)試31-33
• 第三章 Cu-Ni@SiO_2在甲烷二氧化碳重整方面的應(yīng)用33-52
• 3.1 引言33-34
• 3.2 Cu-Ni@SiO_2核殼結(jié)構(gòu)的合成及形貌表征34-44
• 3.3 Cu-Ni@SiO_2的催化性能測(cè)試44-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第四章 日冕型 Cu-Ni/SiO_2在甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的應(yīng)用52-70
• 4.1 引言52
• 4.2 日冕型 Cu-Ni/SiO_2負(fù)載型結(jié)構(gòu)催化劑的合成與表征52-65
• 4.3 日冕型 Cu-Ni/SiO_2的催化性能測(cè)試65-68
• 4.4 本章小結(jié)68-70
• 第五章 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文77-78
• 致謝78

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