等离子体和助剂改性镍基催化剂二氧化碳甲烷化研究

摘要

在当前天然气日益贫乏、温室效应日益严重的形势下，通过CO2甲烷化反应合成天然气对能源和环境保护都有重大的意义。CO2甲烷化反应的关键技术是催化剂的研制，镍基催化剂在甲烷化反应中表现出良好的性能，被认为是最具发展前景的催化剂之一。
　　本文采用浸渍法制备了Ni/AlOOH和Ni/Al2O3两种催化剂，并采用共沉淀法制备了Ni/Al2O3催化剂。发现用浸渍法制备的Ni/Al2O3催化剂具有最佳的催化性能。为了探究等离子体的作用，考察了不同的处理方式即焙烧处理、等离子体处理、先等离子体再焙烧处理对浸渍法制备的Ni/Al2O3的影响。结果发现等离子体处理可提高该催化剂的低温反应活性，原因是等离子体处理能减小活性组分Ni与Al2O3之间的作用力，增加NiO的还原度和分散度。
　　在等离子体处理和浸渍法制备催化剂的基础上，考察CeO2对Ni/Al2O3催化剂低温甲烷化活性的影响。通过共浸渍法添加2 wt.％ CeO2助剂可以明显提高Ni/Al2O3催化剂的甲烷化活性，增加CeO2的添加量，甲烷化活性不再改变。此外，制备了不同Ce含量的复合载体CeO2-Al2O3，发现40 wt.%CeO2能最大程度的提高甲烷化活性。最后对两种不同加入方式即Ce和Ni共浸渍法和制备2 wt.%CeO2-Al2O3复合载体做了比较，结果发现两种方式下添加2 wt.%CeO2均提高了甲烷化活性，其中Ce和Ni共浸渍法提高幅度较大。
　　此外，考察了添加助剂Fe对Ni基催化剂甲烷化反应的影响。比较了不同比例Ni/Fe双金属催化剂，Ni催化剂，Fe催化剂的反应性能，发现Fe不是CO2甲烷化反应的活性金属，但作为助剂可以增加甲烷化活性。在高负载量Ni基催化剂上添加大量Fe会降低催化活性。通过表征发现助剂Fe有双重影响，一是Fe可以给Ni提供适宜的电子环境，二是Fe覆盖了载体表面的部分Ni，降低了Ni的分散度。在高负载量Ni上添加低含量Fe时，第一个作用占主导，从而提高了甲烷化活性；在高负载量Ni上添加高含量Fe，第二个作用占主导，使得进而甲烷化活性减小。

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第一章 文献综述

1.1引言

1.2甲烷化机理研究进展

1.3甲烷化催化剂的研究进展

1.4 等离子体技术在制备催化剂中的应用

1.5 论文主要研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验原料及设备

2.2 催化剂的制备

2.3 催化剂的甲烷化反应性能评价

2.4催化剂的表征方法

第三章 催化剂制备方法对CO2甲烷化反应性能影响

3.1 不同制备方法和前驱体对CO2甲烷化反应性能的影响

3.2 不同处理方法对Ni/Al2O3催化剂CO2甲烷化反应性能的影响

3.3 小结

第四章 助剂Ce对Ni/Al2O3催化剂CO2甲烷化反应性能的影响

4.1 Ce和Ni共浸渍对CO2甲烷化反应性能的影响

4.2 CeO2-Al2O3复合载体对CO2甲烷化反应性能的影响

4.3 不同方式添加2 wt.%CeO2对CO2甲烷化反应性能的影响

4.4 小结

第五章 助剂Fe对Ni/Al2O3催化剂CO2甲烷化反应性能的影响

5.1 催化剂CO2甲烷化反应性能评价

5.2催化剂的表征及分析

5.3 小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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