高催化活性及稳定性的Ni/CexZr1-xO2/MSU-H催化剂在CH4/CO2重整反应中的应用

摘要

二氧化碳作为一种常见的温室气体，其排放量正在日益增长，而如何减少它的排放量，是世界人民关心的重要问题。本文以P123作为表面活性剂，采用一步合成法合成了具有大比表面积、高热稳定性及水热稳定性的二维六方介孔结构的MSU-H载体，然后通过溶胶-凝胶法合成了一系列介孔10wt.%Ni/7.5wt.%CexZr1-xO2/MSU-H催化剂，利用氮气等温吸附（BET）、XRD、FT-IR、H2-TPR、O2-TPD、UV-Vis、HRTEM、和TG/DSC等表征方法进行了相关的表征分析，考察了不同组分及不同Ce/Zr比例的催化剂、不同温度及60小时长时间反应的重整反应的催化活性。 研究结果表明，在700℃、CH4∶CO2=1∶1、质量空速为24L?g-1?h-1的条件下进行CH4/CO2重整反应时，Ni/Ce0.75Zr0.25O2/MSU-H催化剂由于具有高的比表面积（428m2/g）和小的Ni°纳米颗粒（3.14nm）等优点而具有最高的催化活性、稳定性及抗积碳能力；催化剂在700℃时具有最佳的催化性能，且积碳量较少；在700℃及其他相同条件下，Ni/Ce0.75Zr0.25O2/MSU-H催化剂由于具有较高的比表面积（428m2/g）和较小的Nio纳米颗粒等优点，在60小时的长时间稳定性测试过程中表现出了较高的转化率：CH4（79%），CO2（约87%），且几乎无失活现象。在MSU-H表面高度分散的Ni°纳米颗粒促进了CH4的分解，也促进了积累在活性Ni°位点上的碳物种和Ce0.75Zr0.25O2中的晶格氧两者的相互反应，进而形成CO分子。与此同时，在活性Ni°粒子与Ce0.75Zr0.25O2氧化物之间的界面上保留的氧空位可以由CO2分子中的氧来提供。Ni/Ce0.75Zr0.25O2/MSU-H催化剂的高倍透射电镜和X-射线衍射的表征结果也证实了在Ni/Ce0.75Zr0.25O2/MSU-H催化剂表面具有高分散性的Ni°纳米颗粒与Ce0.75Zr0.25O2和MSU-H之间的协同作用以及MSU-H载体的六方有序介孔结构这两者紧密相关，这些结构与协同作用能够有效地提供储氧能力，抑制焦炭的形成，从而提高催化剂的催化性能。

目录

第1章 文献综述

1.1 前言

1.2 甲烷重整制取合成气

1.3 CH4/CO2重整反应过程

1.4 CH4/CO2重整反应的研究进展

1.4.1重整反应催化剂的研究

1.4.2重整反应活性与积碳的研究

1.5 选题依据

第2章 实验部分

2.1.1实验所需的药品

2.1.2 实验所需的仪器

2.2介孔镍基催化剂的合成

2.2.1载体MSU-H的合成

2.2.2 不同质量分数的Ni/CexZr1-xO2/MSU-H催化剂的制备

2.3催化剂在CH4/CO2重整反应中的活性测试

2.4催化剂的表征技术

2.4.1氮气等温吸附曲线表征（BET）

2.4.2 X-射线衍射表征（XRD）

2.4.3 傅里叶变换红外光谱表征（FT-IR）

2.4.4 程序升温还原和脱附测试表征（H2-TPR和O2-TPD）

2.4.5紫外可见漫反射光谱表征（UV-vis DRS）

2.4.6 高分辨率透射电镜表征（HRTEM）

2.4.7 热重表征分析（TG/DSC）

第3章 结果和讨论

3.1 MSU-H载体的BET，XRD，FT-IR，HRTEM表征

3.2 不同催化剂的氮气吸附等温线

3.3 不同催化剂的XRD和FT-IR光谱分析

3.4 不同催化剂的H2-TPR和O2-TPD分析

3.5 新鲜和反应后催化剂的UV-Vis光谱表征和HRTEM表征

3.6 不同催化剂的反应活性和稳定性测试

3.7 反应后催化剂的TG/DSC分析

第4章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢