随着人口的不断增加和化石燃料的快速消耗，人类面临着严重的能源短缺危机。 此外，温室效应加剧导致的全球变暖也是近年来最紧迫的环境问题之一。 为了实现可持续发展，人们迫切需要开发新技术来解决能源短缺和环境污染问题。 甲烷二氧化碳重整又称甲烷干重整，被认为是解决上述问题的可行方案。 它可以将温室气体甲烷和二氧化碳转化为合成气（氢气和一氧化碳）以生产清洁能源。 与工业化的甲烷水蒸气重整技术生产合成气相比，该技术以二氧化碳代替水蒸气为原料，生产的合成气氢碳含量较低。 这一变化可以降低工艺成本，同时优化下游生产步骤。 此外，该技术可有效减少两种温室气体的排放，为环境保护做出贡献，对实现“碳中和”具有重要意义。 但该技术的工业化应用仍受到催化剂的限制。 镍基催化剂被认为是最有前途的重整催化剂。 它们在甲烷和二氧化碳重整中具有很高的反应活性，但由于催化剂表面积碳，它们很容易快速失活。 因此，如何提高镍基催化剂的抗积炭性能一直是研究热点。 近年来，随着对镍基催化剂结构研究的深入，科学家发现镍颗粒尺寸、催化剂表面碱度、氧化还原特性等一些关键结构参数对性能有重要影响。镍基催化剂。 。
这为我们进一步改进催化剂提供了方向。 本文设计并研究了镍基催化剂的关键结构。 一方面，通过控制镍纳米颗粒的尺寸，通过“阳离子-阳离子双水解法”和“原位生长还原法”制备了两种超细镍颗粒的高度分散催化剂； 另一方面，从构效关系的角度研究比较了三种典型常规方法，即包覆法、共浸渍法和分步浸渍法对镍基二氧化硅催化剂催化性能的影响在引入氧化铈促进剂方面。 采用多种表征方法对催化剂的结构、理化性质和反应机理进行了分析。 主要内容如下： 1、以偏铝酸钠为铝源，六水硝酸镍和六水硝酸镁分别为镍和镁的前驱体，通过偏铝酸盐阴离子和镍、镁阳离子在水中水解，得到成功制备了Ni/Mg-Al-O催化剂并应用于甲烷二氧化碳重整反应。 当Ni/Mg-Al-O催化剂在700℃时，甲烷的初始转化率为79.2%，反应24小时后才降至76.1%。 与传统共浸渍法制备的Ni/MgO-Al2O3催化剂相比，具有更好的初始活性和长期稳定性。 通过结构表征发现Ni/Mg-Al-O催化剂中镍纳米粒子的平均粒径仅为2.1纳米。 与Ni/MgO-Al2O3催化剂相比，它具有更高的金属分散度和本征活性，从而提高了其初始活性。 Ni/Mg-Al-O催化剂超细小的镍纳米粒子和丰富的碱性位点进一步提高了抗积碳能力，从而提高了催化剂的稳定性。
还利用原位表征研究了催化剂的反应机理。 2、二维过渡金属氢氧化物超薄纳米片厚度只有几纳米，在高温条件下很容易分解成相应的金属氧化物。 由于金属颗粒在重整反应中发挥着积极作用，因此可以利用过渡金属氢氧化物的热解特性，在γ-氧化铝纳米片载体上原位生长氢氧化镍，并将其加热至500℃以循环氢气。 通过位点还原，可以获得具有超小镍粒径的高度分散的镍基氧化铝纳米片（标记为Ni@γ-Al2O3）催化剂。 与浸渍法制备的镍基氧化铝纳米片（标记为Ni/y-A12O3）催化剂相比，Ni@γ-Al2O3催化剂的分散度提高了1.6倍，本征活性（700℃转化频率）提高了1.6倍。 ) 增加。 2.1倍； 通过热重表征对两种催化剂的积碳进行了定量分析，结果表明Ni@γ-Al2O3催化剂的积碳明显减少。 这说明控制镍颗粒的尺寸是提高催化剂活性和抗积碳能力的非常有效的手段。 3、氧化铈具有良好的氧迁移能力，有助于气化积炭，提高催化剂的稳定性。 因此，它被广泛应用于甲烷和二氧化碳的重整反应中。 本研究致力于研究使用氧化铈作为助催化剂时不同引入方法对催化剂性能的影响。 因此，选择二氧化硅微球作为模型载体，以减少载体的影响。
引入氧化铈添加剂的常用方法有涂覆法、共浸渍法和分步浸渍法。 三种方法制备的催化剂分别标记为CeO2@Ni/SiO2、Ni-CeO2/SiO2和CeO2-Ni/SiO2。 研究了三种催化剂在600-750℃甲烷二氧化碳重整反应中的初始活性。 结果表明，CeO2@Ni/SiO2和Ni-CeO2/SiO2催化剂的性能明显优于CeO2-Ni/SiO2催化剂。 在长期稳定性实验中，CeO2@Ni/SiO2催化剂比Ni-CeO2/SiO2催化剂更稳定。 表征研究发现CeO2@Ni/SiO2催化剂的镍粒径较小，有利于提高催化剂的初始活性； CeO2@Ni/SiO2催化剂具有显着的氧化还原特性和较强的表面碱性，因此具有抗沉积能力。 碳更好，催化剂的稳定性提高。