甲烷二氧化碳重整催化剂制备及反应性能研究

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甲烷二氧化碳重整不仅可以制备低H2/CO比(小于1)的合成气,为费托合成提供理想的原料,同时这一过程可以有效地利用二氧化碳,对于解决日益严重的环境问题也具有重要意义。由于甲烷二氧化碳重整是高温反应,且原料气中C/H比比较高,催化剂在高温下的积碳、烧结失活是该反应最大的问题。研制活性高、稳定性好的催化剂是甲烷二氧化碳重整反应研究的关键。本文首先采用等体积浸渍的方法,在SiO2 Q-50载体上引入SiO2、ZrO2、Al2O3溶胶,制得了SiO2-SiO2、ZrO2-SiO2、Al2O3-SiO2双孔载体,采用N2物理吸附对bimodal载体进行了表征。结果表明,bimodal载体同时具有大、小两种孔,bimodal双孔结构的存在增加了载体的比表面积。采用等体积浸渍的方法,在Q-50,Q-3及bimodal载体上担载3wt%的Pt,通过活性评价,并结合Chemisorption、XRD及TGA-DTA手段对催化剂行进了表征,考察了W/F以及引入物质对催化剂催化性能的影响。结果表明双孔结构的存在提高了Pt金属的分散度,促进了反应物和产物的扩散,双孔催化剂表现出很好的催化活性。在W/F=1g.h/mol的反应条件下,3wt%Al2O3 bimodal催化剂具有最高的活性,二氧化碳的初始转化率达到84%左右,提高W/F,bimodal催化剂的活性显著提高,Pt基双孔催化剂失活的主要原因是烧结而不是积碳。其次,本文采用共沉淀的方法制备了CexZr1-xO2载体,并采用浸渍法在载体上负载Ni,为了考察制备方法对催化剂性能的影响,直接采用共沉淀法制备了NixCeyZr1-yO2固溶体催化剂,考察了W/F、Ce/Zr比对催化剂性能的影响,并通过TGA-DTA等手段对催化剂进行表征,结果表明,Ce/Zr=1:1时,催化剂的活性最高,提高W/F,催化剂的活性增加,共沉淀法制备的催化剂活性要高于浸渍法制备的催化剂,W/F=0.5g.h/mol的条件下,NiCZ50催化剂上CO2的初始转化率达到83.9%,而共沉淀法制备的催化剂的积碳比浸渍法制备的催化剂要快,反应后催化剂上存在两种积碳:α碳和β碳,β碳是催化剂失活的主要原因。
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