【摘 要】
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步入21世纪以来,能源和环保问题一直是社会所关心的两大问题。因为人类社会对化石燃料的依赖性太强,CO2气体的排放量逐年增加,已造成了非常明显的温室效应。因此,近年来如何将CO2通过化学的方法转化为有价值的产物已成为研究者关注的热点。通过CO2加氢合成CH4,不仅可以实现碳资源的循环利用,而且可以有效缓解天然气供需矛盾,该反应的关键在于开发设计出高效、可重复、价格低廉的镍基催化剂。本论文针对镍基负载
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步入21世纪以来,能源和环保问题一直是社会所关心的两大问题。因为人类社会对化石燃料的依赖性太强,CO2气体的排放量逐年增加,已造成了非常明显的温室效应。因此,近年来如何将CO2通过化学的方法转化为有价值的产物已成为研究者关注的热点。通过CO2加氢合成CH4,不仅可以实现碳资源的循环利用,而且可以有效缓解天然气供需矛盾,该反应的关键在于开发设计出高效、可重复、价格低廉的镍基催化剂。本论文针对镍基负载型催化剂低温活性差的问题,从金属活性组分分散状态及载体方面行了研究,通过一步溶剂热成功制备出了具有优异催化活性的高分散镍基催化剂。整体研究思路如下:采用浸渍法将Ni分别负载在γ-Al2O3和CeO2载体上,考察不同载体对催化剂性能的影响。研究发现,相比于γ-Al2O3,以CeO2为载体时催化剂活性更高。在优选出了载体CeO2的基础上,通过两步浸渍法制备出了纳米块状及纳米棒状的Ni/CeO2-NC、Ni/CeO2-NR催化剂。材料表征及CO2甲烷化反应结果表明,镍在Ni/CeO2-NC表面形成的颗粒更为均匀、分散度更高,在反应温度为350℃时,催化剂Ni/CeO2-NC的CO2转化率达82.95%,产物中CH4选择性100%。采用一步溶剂热法制备得到了高分散镍基催化剂Ni/CeO2-SAC和Ni/CeO2-NCC,考察了镍金属分散度对催化剂活性的影响。XRD及TEM表征结果显示,两种催化剂的镍物种均以高度分散的状态负载于氧化铈载体上。XPS及H2-TPR表征结果显示,两种催化剂均形成了大量的氧空位,且具有适宜的金属-载体相互作用,催化剂在CO2加氢制甲烷体系中均表现出了优异的催化活性。在反应温度为260℃时,0.92%Ni/CeO2-SAC的CO2转化率达79.54%,产物中CH4选择性达100%,其低温活性超过了贵金属催化剂1%Ru/CeO2-Im。在反应温度为320℃时,5.50%Ni/CeO2-NCC的CO2转化率达89.13%,产物中CH4选择性达100%。
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