氧化铝负载镍和钴催化剂在CH4-CO2催化重整反应中的应用

作     者：王晓娜 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李白滔

授予年度：2016年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：CH4-CO2重整 镍和钴催化剂 Y2O3 合成策略 前驱体 金属负载量 

摘      要：甲烷二氧化碳重整反应是高效制取H2和CO合成气的有效途径之一,其H2/CO比值小于1,适合费托合成生产汽油、煤油、乙醇等燃料,进而减少温室气体、缓解能源压力。本文通过改变镍负载量、前驱体镍金属盐(氯化镍、硝酸镍、醋酸镍、柠檬酸镍)以及焙烧温度(500、700、800°C),从而有效调控催化剂Ni/AlO中金属颗粒粒径和分散度,详尽分析了单质镍粒径对催化活性的影响,研究结果显示,镍最优负载量为4-6%,焙烧温度为500°C时,以醋酸镍为前驱体制取的催化剂催化活性最优。另一方面,本文详尽地考察了氧化钇的添加对Ni/AlO、Co/AlO催化活性的影响,综合X射线衍射分析技术(X ray-diffraction,XRD)、N2吸脱附、透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)、程序升温还原(Temperature Program Reduction,TPR)、CO程序升温脱附(CO-Temperature Program Desorption,CO-TPD)、热重分析(Thermal Gravimetric Analysis,TG)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis Reflection Spectra,UV-vis-DRS)等揭示了Y2O3的添加以及合成策略对催化剂表面结构、物理化学性质、抗积碳性能的影响。结果表明,钇的添加极大地提高了镍基催化剂催化活性和稳定性,与此同时,分步浸渍法优于共浸渍法,催化剂Ni/Y-AlO具有表面金属颗粒尺寸最小、金属氧化物分散最均匀、碱性位点最多、催化剂表面积碳最少、积碳石墨化程度最低等突出优势,保障了其优异的催化活性,更为难得的是,其抗积碳、防烧结的特性非常适合高温甲烷重整反应。相反,YO对催化剂Co/AlO修饰效果较差,单金属催化剂Co/AlO虽然初始活性不高,但胜在催化性能稳定,抗积碳性能优异,反而,Y2O3掺杂导致了催化剂表面金属颗粒团簇严重、催化剂Co/Y-AlO、Co-Y/AlO难以充分还原,其中,催化剂Co/Y-AlO表面金属钴粒径最大、催化剂表面积碳最多,因此,该催化剂失活最快。