甲烷二氧化碳重整反應(yīng)鎳基和鈷基催化劑的制備及性能研究

【摘要】：甲烷二氧化碳重整反應(yīng)可以有效地利用天然氣和消除溫室氣體,對(duì)解決能源危機(jī)和改善氣候環(huán)境問(wèn)題具有廣闊的應(yīng)用前景而受到廣泛關(guān)注。本文針對(duì)CH4/CO2重整反應(yīng)催化體系,系統(tǒng)考察了活性組分、載體、助劑對(duì)催化性能的影響。本文采用初濕浸漬法制備了兩種體系的CH4/CO2重整反應(yīng)催化劑,通過(guò)XRD、N2吸附-脫附、化學(xué)吸附(H2-02滴定、H2-TPR)、SEM、TEM-EDAX、 TG-DTA等表征手段,分析了催化劑的物相組成、織構(gòu)性質(zhì)、金屬分散度、還原性、形貌以及積炭等,考察了催化劑前驅(qū)體、活性組分負(fù)載量、載體對(duì)CH4/CO2重整反應(yīng)活性及穩(wěn)定性的影響,分別探究了同一載體不同活性組分對(duì)催化性能的影響。以介孔氧化鋁為載體,制備了系列鎳基催化劑x%Ni/OMA (x=5、0、15、20)和鈷基催化劑x%Co/OMA (x=5、10、15、20),結(jié)果表明：金屬分散度受活性金屬負(fù)載量的影響,OMA表現(xiàn)出較強(qiáng)的金屬-載體相互作用；常壓、800℃C、空速為6000ml/g/h條件下反應(yīng)20h,10%Ni/OMA的轉(zhuǎn)化率和選擇性均沒(méi)有明顯的下降,CH4和C02的轉(zhuǎn)化率保持在98%、85%,H2/CO接近于1,催化活性較好。15%Co/OMA CH4和CO2的轉(zhuǎn)化率分別在95%、35%,H2/CO接近1.2,積炭少催化活性較好,整體來(lái)看,10%Ni/OMA催化活性要高于15%Co/OMA。因?yàn)镺MA顯酸性,利于甲烷的吸附和活化,但不易于CO2的吸附和轉(zhuǎn)化,于是采用Y2O3作為載體助劑,合成了介孔釔鋁氧復(fù)合氧化物(YAG),以YAG為載體,制備了系列鎳基x%Ni/YAG (x=5、10、15、20)和鈷基催化劑x%Co/YAG (x=5.10、15、20)用于甲烷二氧化碳重整反應(yīng),研究發(fā)現(xiàn)：稀土釔的加入,提高了催化劑的金屬分散度,降低活性組分的還原溫度,增強(qiáng)催化劑的抗積炭性能,確定最佳反應(yīng)溫度為800℃。系列鎳基催化劑中20%Ni/YAG積炭少,CH4、 CO2轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到95%、60%而積炭量較少,催化活性較好。15%Co/YAG的CH4、CO2轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到95%、60%而積炭量較少。相同反應(yīng)條件下,20%Ni/YAG催化劑的催化性能好于15%Co/YAG。 【關(guān)鍵詞】：CH_4/CO_2重整 鎳基 鈷基 載體 助劑 積炭
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE665.3;O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-30
• 1.1 甲烷二氧化碳重整制合成氣概述13-20
• 1.1.1 甲烷重整制合成氣的研究意義13-15
• 1.1.2 甲烷催化轉(zhuǎn)化制合成氣的主要途徑15-16
• 1.1.3 甲烷二氧化碳重整反應(yīng)過(guò)程分析16-20
• 1.2 甲烷二氧化碳重整反應(yīng)催化劑的研究進(jìn)展20-24
• 1.2.1 活性組分21-22
• 1.2.2 載體22-23
• 1.2.3 助劑效應(yīng)23-24
• 1.3 選題依據(jù)和創(chuàng)新點(diǎn)24-26
• 1.4 參考文獻(xiàn)26-30
• 第二章 研究方法30-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器30-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑30-31
• 2.2 測(cè)試儀器及條件31-33
• 2.2.1 ICP化學(xué)分析31
• 2.2.2 H_2-程序升溫還原(H_2-TPR)31
• 2.2.3 X-射線粉末衍射(XRD)31
• 2.2.4 N_2物理吸附測(cè)試31
• 2.2.5 透射電鏡分析(TEM)31-32
• 2.2.6 掃描電子顯微鏡(SEM)32
• 2.2.7 差熱-熱失重分析(TG-DSC)32
• 2.2.8 氫氣脈沖實(shí)驗(yàn)(氫氧滴定)32-33
• 2.3 催化劑活性評(píng)價(jià)33-34
• 2.3.1 催化劑活性評(píng)價(jià)裝置流程圖33
• 2.3.2 催化劑活性評(píng)價(jià)方法33-34
• 2.4 催化劑活性計(jì)算方法34-36
• 第三章 以介孔氧化鋁為載體制備的鎳基和鈷基催化劑CH_4-CO_2重整反應(yīng)的性能研究36-62
• 3.1 引言36-38
• 3.1.1 有序介孔氧化鋁36
• 3.1.2 無(wú)機(jī)鋁源合成介孔氧化鋁的生長(zhǎng)機(jī)理36-37
• 3.1.3 有機(jī)鋁源合成介孔氧化鋁的生長(zhǎng)機(jī)理37-38
• 3.2 介孔氧化鋁載體的制備38
• 3.3 載體的表征38-41
• 3.3.1 X-射線衍射(XRD)分析38-39
• 3.3.2 N_2物理吸附分析39
• 3.3.3 掃描電鏡(SEM)分析39-40
• 3.3.4 透射電鏡(TEM)分析40-41
• 3.4 催化劑的制備41
• 3.5 鎳基催化劑的表征41-53
• 3.5.1 催化劑的織構(gòu)性質(zhì)分析41-43
• 3.5.2 金屬分散度及金屬表面積分析43
• 3.5.3 催化劑的XRD分析43-44
• 3.5.4 催化劑的H_2-TPR分析44-45
• 3.5.5 催化劑的掃描電鏡(SEM)分析45-46
• 3.5.6 催化劑的透射電鏡(TEM)分析46-47
• 3.5.7 催化劑初始活性評(píng)價(jià)47-48
• 3.5.8 催化劑的活性評(píng)價(jià)48-49
• 3.5.9 反應(yīng)后催化劑的XRD分析49
• 3.5.10 反應(yīng)后催化劑的TEM分析49-51
• 3.5.11 催化劑的積炭分析51-53
• 3.5.11.1 差熱-熱失重(TG-DTA)分析51-53
• 3.5.11.2 TEM積炭分析53
• 3.6 鈷基催化劑的表征53-60
• 3.6.1 催化劑的XRD分析53-54
• 3.6.2 催化劑的N_2物理吸附分析54-55
• 3.6.3 催化劑的金屬分散度分析55-56
• 3.6.4 催化劑的H_2-TPR分析56-57
• 3.6.5 催化劑的TEM分析57-58
• 3.6.6 催化劑的活性評(píng)價(jià)58-60
• 3.7 本章小結(jié)60-61
• 3.8 參考文獻(xiàn)61-62
• 第四章 以介孔釔鋁氧為載體制備鎳基和鈷基催化劑對(duì)CH_4/CO_2重整反應(yīng)性能研究62-87
• 4.1 引言62
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分62-63
• 4.2.1 儀器測(cè)試及條件62-63
• 4.3 載體的制備63
• 4.3.1 載體的制備63
• 4.4 載體的表征63-66
• 4.4.1 載體的XRD分析63-64
• 4.4.2 載體的N_2物理吸附分析64-65
• 4.4.3 載體的掃描電鏡(SEM)分析65
• 4.4.4 載體的透射電鏡(TEM)分析65-66
• 4.5 催化劑的制備66-67
• 4.6 催化劑的表征67-76
• 4.6.1 催化劑的織構(gòu)性質(zhì)分析67-68
• 4.6.2 催化劑的金屬分散度及金屬表面積分析68-69
• 4.6.3 催化劑的XRD分析69
• 4.6.4 催化劑的H_2-TPR分析69-70
• 4.6.5 催化劑的SEM分析70-71
• 4.6.6 催化劑的CH_4-CO_2重整反應(yīng)初始活性評(píng)價(jià)71-72
• 4.6.7 催化劑的活性評(píng)價(jià)72-73
• 4.6.8 反應(yīng)后催化劑的TEM分析73-75
• 4.6.9 反應(yīng)后的催化劑TG-DSC分析75-76
• 4.7 鈷基催化劑的表征76-85
• 4.7.1 催化劑的金屬分散度分析76-77
• 4.7.2 催化劑的XRD分析77
• 4.7.3 催化劑的H_2-TPR分析77-78
• 4.7.4 催化劑的織構(gòu)性質(zhì)分析78
• 4.7.5 催化劑的初始活性評(píng)價(jià)78-80
• 4.7.6 催化劑的活性評(píng)價(jià)80-81
• 4.7.7 反應(yīng)后催化劑的XRD分析81-82
• 4.7.8 反應(yīng)后催化劑的TEM分析82-83
• 4.7.9 反應(yīng)后催化劑的TG-DSC分析83-85
• 4.8 本章小結(jié)85-86
• 4.9 參考文獻(xiàn)86-87
• 第五章 全文總結(jié)與展望87-89
• 5.1 全文總結(jié)87-88
• 5.2 展望88-89
• 致謝89

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