甲烷与二氧化碳催化重整反应中Ni活性物种研究

摘要

近年来，甲烷与二氧化碳催化重整反应研究受到广泛关注，该反应是以甲烷和二氧化碳这两种温室气体为原料合成具有高附加值的合成气，具有潜在的环境保护和工业应用价值。就经济和可用性而言，镍基催化剂是各类甲烷与二氧化碳催化重整反应催化剂中最具潜力的催化剂之一。但该催化剂的最大问题是在进行反应过程积碳以及载体和金属颗粒的烧结而导致快速失活。因此，制备高效稳定的催化剂是实现甲烷与二氧化碳催化重整反应工业应用的关键。
　　首先，本文采用等体积浸渍法和溶胶凝胶法分别合成了三种具有相同化学组成的Ni-Mg/γ-Al2O3、Ni/MgAl2O4和复合氧化物Mg0.5Ni0.5Al2O4催化剂,对不同存在形式Ni物种在甲烷与二氧化碳催化重整反应中的催化剂行为进行研究，并通过XRD、H2-TPR、BET、H2-TPD、TEM和TG等多种表征手段来揭示催化剂的构效关系。结果表明：在负载型Ni-Mg/γ-Al2O3和Ni/MgAl2O4催化剂中Ni物种分散度较低，抗烧结能力较差，反应后镍颗粒明显增大并生成大量积碳；而复合氧化物Ni0.5Mg0.5Al2O4催化剂中的镍物种主要存在于尖晶石骨架中，这种Ni物种具有较高分散度状态和较强的抗烧结能力，抗积碳性能优异，催化剂的活性和稳定较优。
　　通过改变Mg1-xNixAl2O4中Ni的含量(x=0.2，0.3，0.5，0.7)，考察了不同Ni含量对催化剂的结构与性质的影响。结果表明，随着镍含量的增加，催化活性先升高后降低，x=0.5时，反应活性达到最佳，甲烷转化率为87%，反应稳定性好。通过H2-TPD测试表明：在Ni的掺杂量较小x≤0.5时，催化剂中有高度分散的镍，其分散度达到20%；镍含量增加到x=0.7时，Ni分散度开始有明显下降，其值仅为12.4%。通过热重分析发现，x=0.7时，Mg0.3Ni0.7Al2O4催化剂的积碳量达到9%，积碳现象较严重；x≤0.5时，催化剂的积碳量均小于2%，具有良好的抗积碳能力。

目录

声明

引言

1 绪论

1.1 天然气研究进展

1.2 甲烷与二氧化碳催化重整现状

1.3 甲烷与二氧化碳催化重整反应催化剂

1.4 甲烷与二氧化碳反应机理研究进展

1.5 本文的选题意义及主要内容

2 实验部分

2.1 反应试剂及设备

2.2 催化剂的制备

2.3 催化剂活性评价

2.4 催化剂表征

3 Ni的存在形态对催化性能的影响

3.1 催化剂性质表征

3.2 催化剂活性评价

3.3 催化剂失活原因探究

3.4 本章小结

4 Ni掺杂量对Mg1-xNixAl2O4催化剂性能的影响

4.1 催化剂性质表征

4.2 催化剂活性评价

4.3 反应后催化剂表征

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢