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甲烷催化裂解(CMD)作为一种新型和具有发展前景的制氢工艺,由于反应过程产物易分离、无CO_x生成而受到广泛关注。作为催化反应的核心,催化剂的选择与制备成为首要考虑因素。煤基活性炭(AC)具有来源广、价格低廉、耐高温、无金属碳化物生成等优点,但是煤中矿物质在多孔炭成孔过程中的作用机理尚不明确。尽管该活性炭具有良好的耐高温性,但是较低的反应活性限制了工业化应用。本论文针对炭基催化剂活性低、易失活等问题,通过对制备方法控制、添加助剂和碳源选择等实现催化剂结构调控,获得高比表、高性能的炭基催化剂。首先采用浮选的小泉煤为碳源,KOH为活化剂,研究了煤中矿物质含量和种类对所制备活性炭结构以及催化甲烷裂解性能的影响。实验表明:煤中矿物质含量和组成对所得活性炭的结构性能有显著影响。随着煤中矿物质含量的增加,制备的活性炭总比表面积降低,而介孔表面积增大。煤样活化后的洗涤方法也影响活性炭的结构性质,水洗和酸洗使得矿物质在活化反应中所形成的盐类物质逐渐被脱除,其中溶于酸溶液的矿物质盐类在成孔过程中起到促进作用,尤其是介孔的形成。因此,活性炭比表面积和孔体积随脱灰程度而增加,但是矿物质含量过高的煤样所制备的活性炭由于大量矿物质的脱除导致其比表面积和孔容降低。Si-、Fe-、Ca-等矿物质在KOH活化过程中可以充当模板作用,有利于介孔的形成,从而提高炭材料的介孔率。在催化甲烷裂解反应中,随着煤样中矿物质含量的增加,制备的活性炭初始催化活性和稳定性提高,这主要是由于矿物含量较高的煤制备的活性炭具有较高的介孔率,从而增强了催化剂抗积炭能力。为了提高催化剂的活性,将赛蒙特煤(SMT)作为碳源与金属(Ni、Co、Fe)前驱物及活化剂KOH共混,利用炭的高温还原特性,实现一步法制备活性炭负载单金属或双金属负载型催化剂。结果显示:通过在Ni/AC中掺杂Co或Fe,所制备催化剂比表面积与孔体积随金属负载量增加而降低,同时介孔率增大。在降低镍基催化剂失活速率方面,Ni-Fe双金属催化剂反应性能优于Ni-Co催化剂。SEM表明反应后Ni-Fe/AC催化剂形成纤维炭,而Ni/AC和Ni-Co/AC催化剂均以包覆炭形式存在,说明铁的添加改变了积炭的形态。对于镍铁催化剂,还考察了不同的Fe/Ni比例和炭化温度对所制备催化剂结构以及催化甲烷裂解的影响。实验发现,15Ni-15Fe/AC在850 ~oC的炭化温度下所制备的催化剂催化甲烷裂解效果最佳,反应生成纤维炭。在上述基础上,又以不连沟煤(BLG)和秸秆(JG)为混合碳源,KOH活化制备了多孔炭材料。结果发现:随着煤中混合秸秆量的增加,所制备活性炭比表面积和孔体积呈现先增加后减小的趋势,介孔率增大。两种碳源的混合比例以及活化过程的碱碳比对所制备催化剂样品的结构和催化性能有显著影响,当BLG煤与秸秆质量比为5/5,碱碳比为3时,该催化剂在甲烷裂解中催化效果最优。