高活性鎳基催化劑的構建及其甲烷重整催化特性研究

【摘要】：急速的工業(yè)發(fā)展和人口增長導致的石油過度消耗,引起了世界對全球變暖和有限石油儲量消耗的關注。甲烷重整反應可以將甲烷轉化為高附加值的合成氣(H2和CO),然后合成氣可以轉變成各種化工產品,如甲醇、二甲醚和含氧化合物等。本論文從鎳基催化劑的修飾和合成策略兩個方面進行詳細研究。合成以有機溶劑修飾的Ni基催化劑,并采用不同浸漬策略(分步浸漬和共浸漬)分別合成了二氧化硅和氧化鋁負載的摻釔鎳基催化劑,詳細研究鎳基體系催化劑在甲烷重整反應中的催化性能,通過X-射線粉末衍射(XRD)、氮氣吸附-脫附曲線、程序升溫還原(TPR)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)和熱重分析技術(TG)等表征手段對催化劑結構進行詳細解析,系統(tǒng)說明了有機助劑在提高催化性能中的關鍵作用;探討含釔催化劑的合成策略(共浸漬法和分步浸漬法)對不同載體(Al2O3和Si O2)催化劑催化性能的影響,揭示了浸漬方法對于不同載體的影響,研究結果進一步闡明了對于鎳基催化劑的助劑添加和載體修飾在催化劑結構和催化性能方面的優(yōu)越性。本論文的研究成果對于完善現(xiàn)有鎳基重整催化體系具有重要的指導意義。首先,合成了有機溶劑(乙二醇,檸檬酸)修飾的Ni CA-x/Si O2-EG催化劑,對Si O2載體通過不同醇類修飾,考察不同醇類有機助劑修飾Ni基催化劑對甲烷轉化率的影響,獲取修飾Si O2載體效果最好的醇類有機物;其次,考察不同含量的檸檬酸對Ni基催化劑物理化學特性的影響,獲取添加檸檬酸的最佳含量;探索載體修飾和有機助劑添加對催化劑的協(xié)同作用。TPR結果表明隨著檸檬酸添加量的增加,還原峰向高溫方向移動,這歸因于檸檬酸促進還原后催化劑形成較小的鎳顆粒。TEM、XRD、FT-IR證實了添加有機助劑改性二氧化硅表面可以穩(wěn)固金屬鎳物種,從而防止金屬顆粒在高反應溫度下聚合。最后,分別以Al2O3,Si O2為載體,采用不同的浸漬策略(共浸漬法和分步浸漬法)合成釔摻雜的鎳基催化劑,研究了稀土元素釔對催化劑物理化學特性的改變,探討了浸漬順序對鎳基催化劑結構和催化性能的影響。 【關鍵詞】：乙二醇 檸檬酸 釔 甲烷重整 合成氣 鎳基催化劑
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36;TE665.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 甲烷重整制合成氣的概況13-16
• 1.2.1 甲烷水蒸氣重整反應13
• 1.2.2 甲烷二氧化碳重整反應13-14
• 1.2.3 甲烷部分氧化重整反應14-15
• 1.2.4 甲烷臨氧自熱重整反應15-16
• 1.3 甲烷重整催化體系催化劑的研究16-19
• 1.3.1 活性組分16
• 1.3.2 載體16-18
• 1.3.2.1 常規(guī)載體體系17
• 1.3.2.2 SiO_2載體的修飾17-18
• 1.3.3 鎳基催化劑的修飾18-19
• 1.3.3.1 貴金屬的添加18
• 1.3.3.2 稀土元素的添加18-19
• 1.3.4 制備方法的拓展19
• 1.4 本論文的選題依據和研究內容19-21
• 1.4.1 選題依據19
• 1.4.2 研究內容19-20
• 1.4.3 論文創(chuàng)新點20-21
• 第二章 研究方法及表征手段21-26
• 2.1 原料與試劑21-22
• 2.1.1 實驗原料及試劑21-22
• 2.2 實驗設備22
• 2.3 數據處理計算方法22-23
• 2.4 催化劑的表征手段23-26
• 2.4.1 X射線衍射 (XRD) 分析技術23
• 2.4.2 N_2吸附脫附曲線表征23-24
• 2.4.3 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR) 表征24
• 2.4.4 程序升溫還原 (TPR) 表征24
• 2.4.5 透射電子顯微鏡 (TEM) 表征24
• 2.4.6 掃描電子顯微鏡(SEM)表征24-25
• 2.4.7 X-射線光電子能譜分析 (XPS) 表征25
• 2.4.8 熱重分析 (TG) 表征25
• 2.4.9 拉曼光譜 (Raman) 表征25-26
• 第三章 有機溶劑修飾鎳基催化劑及甲烷重整的催化性能研究26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 實驗部分26-27
• 3.2.1 NiCA-x/SiO_2催化劑和NiCA-x/SiO_2-EG催化劑的合成26-27
• 3.2.2 甲烷臨氧二氧化碳重整反應活性測試27
• 3.3 甲烷重整催化性能研究27-31
• 3.3.1 醇類對SiO_2載體的修飾作用27-28
• 3.3.2 檸檬酸含量對催化活性的影響28-30
• 3.3.3 檸檬酸和乙二醇的協(xié)同修飾作用30-31
• 3.4 催化劑的結構表征及結果分析31-42
• 3.4.1 反應前催化劑的表征31-39
• 3.4.1.1 催化劑的氮氣吸附脫附等溫線表征31-32
• 3.4.1.2 催化劑的X射線粉末衍射表征32-34
• 3.4.1.3 催化劑的透射電子顯微鏡表征34-36
• 3.4.1.4 催化劑的氫氣-程序升溫還原表征36-37
• 3.4.1.5 催化劑的紅外光譜表征37-39
• 3.4.2 反應后催化劑的表征39-42
• 3.4.2.1 催化劑的XRD和TEM表征39-41
• 3.4.2.2 催化劑的XPS表征41-42
• 3.5 本章小結42-44
• 第四章 合成策略對Al_2O_3負載摻釔鎳基催化劑的影響44-53
• 4.1 實驗部分44-45
• 4.1.1 催化劑的制備44-45
• 4.1.2 催化劑重整反應活性測試45
• 4.2 CH_4/CO_2重整反應催化性能研究45-46
• 4.3 催化劑的結構表征及結果分析46-51
• 4.3.1 反應前催化劑的表征46-48
• 4.3.1.1 催化劑的X射線粉末衍射表征46-48
• 4.3.1.2 催化劑的氫氣-程序升溫還原表征48
• 4.3.2 反應后催化劑的表征48-51
• 4.3.2.1 反應后催化劑的X射線粉末衍射表征48-49
• 4.3.2.2 反應后催化劑的熱重分析49-50
• 4.3.2.3 反應后催化劑的拉曼光譜表征50
• 4.3.2.4 反應后催化劑的掃描電子顯微鏡表征50-51
• 4.4 本章小結51-53
• 第五章 合成策略對SiO_2負載摻釔鎳基催化劑的影響53-61
• 5.1 實驗部分53
• 5.1.1 催化劑制備53
• 5.1.2 甲烷重整反應活性測試53
• 5.2 CH_4/CO_2重整反應催化性能研究53-55
• 5.2.1 反應溫度的影響53-55
• 5.2.2 穩(wěn)定性測試結果55
• 5.3 催化劑的結構表征及結果分析55-60
• 5.3.1 反應前催化劑的表征55-57
• 5.3.1.1 催化劑的X射線粉末衍射表征55-57
• 5.3.1.2 催化劑的氫氣-程序升溫還原表征57
• 5.3.2 反應后催化劑的表征57-60
• 5.3.2.1 反應后催化劑的X射線粉末衍射表征57-59
• 5.3.2.2 反應后催化劑的熱重分析59
• 5.3.2.3 反應后催化劑的拉曼光譜表征59-60
• 5.4 本章小結60-61
• 結論與展望61-62
• 參考文獻62-73
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果73-74
• 致謝74-77
• 附件77

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