镍基甲烷干气重整催化剂的制备及其性能研究

镍基甲烷干气重整催化剂的制备及其性能研究

【摘要】甲烷干气重整反应可将甲烷和二氧化碳两种温室气体转化为工业原料合成气，Ni基催化剂是该反应最具工业应用潜力的催化剂，但现有的镍基催化剂易发生积碳、烧结、快速失活等现象，限制了其工业应用，因此提高镍基催化剂的催化性能和抗积碳能力具有非常重要的理论和实际意义。本文从提高催化剂的抗积碳性能出发，合成了3种新型催化剂，研究了不同因素对甲烷干气重整催化剂活性和抗积碳性能的影响，并分析了形貌与催化剂性能的关系。主要研究结果如下：通过对载体、合成方法及Ni含量的筛选和优化，发现共沉淀法的最佳条件为：pH值在10左右，空气中55℃焙烧，850℃氢气还原1h。 制备的Ni_（0.27）Mg_（2.73）Al-LDH具有良好的催化性能，通过对工艺条件的探索，得出适宜的惰性填料用量可提高催化剂的有效利用率，当催化剂用量为0.15g时，惰性填料用量为2g。选取反应温度750℃、原料气总流速220 mL/min、进气比CO_2：CH_4：N_2=5：5：1的反应条件作为催化剂催化性能评价条件。利用水滑石的结构特点和稀土添加剂La的促进作用，制备了不同La含量改性的Ni_（0.27）Mg_（2.73）Al-LDH催化剂。

研究表明La的加入能有效调控催化剂的还原性能、碱性位点及活性组分在催化剂中的分散性,反应生成的CO_2能抑制积碳的生成,有利于催化剂抗积碳性能的提高。当La含量为1.0wt%时,催化剂的催化活性最高,反应100h后,催化剂仍保持比未添加La的催化剂更高的活性。在两种碱性催化剂基础上,制备了Ni_(0.27)Mg_(2.73)Al-LDH和1 0wt%Ni/SiO_2包覆的包覆型镍基催化剂,并对各催化剂的催化活性和结构表征进行了分析比较。 研究表明，包覆层SiO2的存在增加了金属Ni颗粒与载体之间的结合力，抑制了Ni颗粒在催化剂表面的迁移和团聚，抑制了Ni颗粒的烧结和长大，提高了催化剂的稳定性和抗积碳性能。SiO_2前驱体是否在催化剂表面成核与催化剂的结构和粒径密切相关，粒径较小的Ni_（0.27）Mg_（2.73）Al-LDH@SiO_2为部分包覆催化剂，粒径较大的10wt%Ni/@SiO_2为全包覆催化剂，因此前者的包覆效果和抗积碳性能的提高均弱于后者。