甲烷干气重整Ni/La2O3催化剂抗积碳性能及机理研究

摘要

伴随着人类社会的飞速进步，人类对能源的依赖越来越强烈。作为三大化石燃料，天然气的开采规模在日益增加，对于甲烷如何清洁和高效利用的问题亟待解决。甲烷干气重整（DRM）使用CH4和CO2作为原料来生产合成气，CH4和CO2均为主要的温室气体，因此通常认为甲烷干气重整可以一定程度上缓解能源利用过程中所带来的环境负面影响。 首先，本文论述了新型Ni/La2O3催化剂的设计及制备，将其用于DRM过程。结果表明，由La2O2CO3作为载体前驱体制备的La2O3能够高度分散负载在其上的镍颗粒。另外，纳米棒状载体能够提供更多的中等强度碱性位点用于促进CO2在载体表面的吸附和活化。结果表明，载体与金属之间的相互作用得到增强，并且抑制了镍颗粒在严苛反应条件下的烧结。同时，本文对积碳在催化剂上的变化也进行了表征和讨论，以此来理解积碳形成的机理，以及La2O2CO3在消除积碳方面所起到的作用。 其次，本文以La2O3作为主体考察了Ce的添加对La2O3上CO2吸附及活化的影响，为Ce-La固溶体的协同作用提供新的认识。对于Ce-La固溶体而言，La助剂掺杂进 CeO2晶格后会促进 CeO2中氧空穴的形成并增强 CeO2的氧传输能力。Ce掺杂进La2O3能够促进CO2吸附La2O3在表面并形成双齿碳酸根，并且能够提升双齿碳酸根的活性。另外，Ce的添加能够调节 La2O3表面上双齿碳酸根及单齿碳酸根的比例，并将进一步影响到形成的六方型 La2O2CO3及单斜型La2O2CO3的比例。这里，将DRM反应作为探针反应来测试Ce-La混合氧化物消除积碳的性能。实验证实，当Ce/La比例达到0.15时，Ce-La混合氧化物拥有更多的强碱性位点，表现出更好的消除积碳的性能。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 甲烷干气重整研究背景

1.2 甲烷干气重整机理研究

1.3 DRM反应的主要问题

1.4 DRM反应催化体系研究

1.5 本论文研究工作设想

第2章 实验方法

2.1 实验试剂

2.2 催化剂表征

2.3 催化反应性能评价

第3章 具有稳定Ni颗粒的Ni/La2O3催化剂用于DRM过程

3.1 引言

3.2 催化剂制备

3.3 焙烧后催化剂表征

3.4 还原后催化剂表征

3.5 DRM反应活性

3.6 反应后催化剂表征

3.7 积碳形成分析

3.8 讨论

3.9 小结

第4章 Ce的添加对La2O3上CO2吸附及活化的影响

4.1 引言

4.2 催化剂制备

4.3 Ce-La混合氧化物结构性质

4.4 原位DRIFTS光谱

4.5 晶相结构的影响

4.6 对II-La2O2CO3活性的影响

4.7 消除积碳性能评价

4.8 小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢