鎳基催化劑對二氧化碳重整甲烷影響研究報告

畢業(yè)設(shè)計〔論文〕題目 鎳基催化劑對二氧化碳重整甲烷影響爭論.........摘要I11爭論背景1催化劑的爭論1催化劑的活性組分2催化劑的載體3催化劑的助劑6催化劑制備方法7浸漬法制備催化劑8共沉淀制備催化劑8溶膠凝膠法制備催化劑91.3.41.3.49反響機理10重整反響中積碳和消碳爭論11爭論思路12選題依據(jù)及意義12爭論容13本論文的爭論進程13214主要試劑及儀器15主要試劑15主要儀器15催化劑的制備16各種計算以及校準17校正因子計算方法17轉(zhuǎn)子流量計校正17質(zhì)量流量計的校正17計算公式及裝置圖和反響流程圖18催化劑的表征18319Ni1910%Ni,5%La/MCM-41對二氧化碳重整甲烷的影響2010%Ni,3%Co/MCM-412110%Ni,3%Ce/MCM-41對二氧化碳重整甲烷的影響23X〔XRD〕24425525626摘要但通過對其改性后在催化領(lǐng)域照舊有寬闊的應用前景。甲烷工業(yè)化有重要的意義。以Ni基為催化劑對二氧化碳重整甲烷催化反響的工業(yè)爭論價值很高。二氧化碳重整甲烷反響，關(guān)鍵還是尋求適宜的催化劑，本論文的目的是在Ni基的根底上探究適合的催化劑即高活性高穩(wěn)定性和高選擇性的催化劑以提高二氧化碳重整甲 烷的效率。承受溶膠凝膠法、共沉淀法等方法制備了、Ni-Co/MCM-41等催化劑，探究了其在不同溫度下對二氧化碳重Ni關(guān)鍵詞：二氧化碳重整甲烷、Ni基催化劑、溶膠凝膠法AbstractAtpresent,thenickel-basedseriesofcatalystsusedbymostresearcherscancatalyzethecarbondioxidereformingreaction,butitiseasytoformcokeduringthereaction process, thus hindering its wide application in industry. But after modificationinthefieldofcatalysisstillhasabroadapplicationprospects.Therefore,thedesignanddevelopmentofhighactivityandstabilityofthetransitionmetalnickel-basedcatalystfortheindustrializationofcarbondioxidereformingmethaneisofgreatsignificance.TheindustrialresearchofNi-basedcatalystforthecatalyticreactionofcarbondioxidereformingmethaneisveryhigh.Carbondioxidereformingmethanereaction,thekeyistofindasuitablecatalyst,thepurposeofthispaperistoexplorethebasisofNi-basedcatalyst,thatis,highactivity,highstabilityandhighselectivityofthecatalysttoimprovetheefficiencyofcarbondioxidereformingmethaneTheNi-La/MCM-41andNi-Co/MCM-41werepreparedbysol-gelmethodandcoprecipitationmethod.Theeffectsofdifferenttemperatureonthereformingofmethanewereinvestigated.TheprospectofNi-basedcatalystmodificationincarbondioxidereformingmethaneisprospected.Keywords:carbondioxidereformingmethane,Ni-basedcatalyst,sol-gelmethod1爭論背景甲烷跟二氧化碳一樣，都為主要的溫室氣體，因此利用它們的反響制成合成石油等化石資源的貧乏局面和進一步改善全球氣候變暖現(xiàn)象都具有格外重要的意義。甲烷(CH470％-90％，伴隨石油資源的日益貧乏，自然氣將漸漸取代石油變成第甲烷為原料氣進展重整制合成氣的思路供給了一條可以利用甲烷和二氧化碳原們效果的技術(shù)工藝路線，此重整工藝路線如能實現(xiàn)對保護我們賴以生存的環(huán)境、提高化工經(jīng)濟效益意義重大。但通過對其改性后在催化應用領(lǐng)域照舊有寬闊的前景。催化劑的爭論著。催化劑的活性組分A1OSiOMgO和分子篩上形成負載型催化劑。Rh催化劑在重整反響中的催2 3 2碳重整甲烷反響較為廣泛且催化劑性能發(fā)揮比較顯著的是基于鈷系和鎳系的催化劑。Os)通常被選用為催化重整劑的活性組分，獵取來源廣泛的同時本錢又相對低廉，所以對反響中Ni基催化RhRuIr[1-3]，而Pt、Pd相比而言較差。然而，非貴金屬催化劑的穩(wěn)定性不夠的緣由之一就是排列大都認為是Ni>Co>Cu>Fe[4]。即使貴金屬催化劑的催化重整反響性能極好，開展大量可持續(xù)的爭論。催化劑的爭論主要著眼于非貴金屬，特別是以Ni基催化劑為根底的一系列設(shè)計研發(fā)上。Pt、Ru、Rh、Pd、Ir但在獵取來源以及價格優(yōu)勢甚至將來有可能進展大規(guī)模的工業(yè)化應用等方面鎳組分。催化劑的載體載體是作為催化劑的助劑在重整反響中得以應用也可以對催化劑起到支撐而且催化劑的構(gòu)造和催化性能等方面還有可能通過它和活性組分的相互作用而關(guān)鍵的位置。此外，有的載體還可能直接參與重整反響。劑之中，應用于其中的載體有A1O、MgO、SiO、TiO、ZrO、稀土金屬氧化物2 3 2 2 2A1O-CaO-TiOA1O-MgOA1O-CaO-MgO2 3 2 2 3 2 3調(diào)控等很多優(yōu)良的性能的材料，從而可作為催化劑載體的介孔分子篩MCM-41被Mobil公司制造后，過渡金屬負載MCM-41催化劑得到了格外廣泛的探究[5]MCM-41作為載體進展爭論。金屬鎳的燒結(jié)和積碳的形成是整個重整反響中導致Ni基催化劑失活的兩個這兩個主要問題，從而到達提高Ni基催化劑在反響中的催化活性和穩(wěn)定性等的揮催化劑性能的助劑。對整個重整反響起到很好促進的效果。(1(2)載體應具有沉積在微孔里的副產(chǎn)物(如積炭)或污染物而引發(fā)其裂開的作用的物理強度和穩(wěn)定性；(3)載體應具有滿足催化反響的要求的，使其外表能均勻地負載助催化(4)載體應具備高的熱穩(wěn)定性、符合條件的比(5)載體中不含有會讓催化劑中毒以及增加副反響的物質(zhì)：(6)原料廉價易得，制備簡潔，并在制備催化劑時不會對環(huán)境產(chǎn)生影響；(7)可與活性組分相互作用，促進催化劑催化性能的發(fā)揮；氧化物作為載體ZrO，TiO，CeO等。另一類則為以沒有氧化2 2 2復原性為根底的氧化物載體，如-A1O，OO，LaO等。H．．[6]2 3 2 2 3RhCOH2

重整甲烷反響體系中的廣泛應用。如金屬鎳負載在A1O2 3

和SiO2

兩種載體上，雖然Ni／A1O2 3

和Ni／SiO2

催化劑通過浸漬法制備后有著很好的起燃活性，但是伴包括其他金屬和氧化物來轉(zhuǎn)變載體的酸堿性，Ni的分散度等。分子篩作為載體積高、熱穩(wěn)定性高等很多的優(yōu)勢，因此在重整反響中，應用格外廣泛。LuengnamemitchaA[7]等學者對二氧化碳重整甲烷反響進展了爭論，主要比照了鎳系的幾種沸石分子篩對重整反響的影響，有zeoliteA，zeoliteX，zeoliteYNi／zeoliteY[8]MCM-41的催化活性，爭論覺察在重整反響體系中鎳系催化劑負載在MCM-41能保持較高的催化活性和穩(wěn)定性存在一個最正確的負載量。從而提出了改進Ni基催化劑的兩個觀點，一個是載體孔壁外表的活性四周沒有復原的鎳離子中穩(wěn)定分散。并與MCM-41載體的硅鋁比對活性組分的的Ni納米粒子簇的高度分散。所以，保證了抑制積炭的發(fā)生，使重整反響順當?shù)倪M展。通過不同硅鋁比的MCM-41與Ni共浸漬制備的催化劑的比照，覺察25MCM-41具有很好的穩(wěn)定性和催化活性，而且伴隨溫度的上升，金屬鎳的含量對催化劑的起燃活性的抑制漸漸消逝。催化劑的助劑上的分散度，并能防止在載體上形成晶粒；(2)電子助劑，它的作用為提高催化(3)選擇性助劑，它的作用為抑制對反響不利的副反響，保證目的反響選擇性的提高；(4)集中助劑，它的作用為促使反響物的集中以至于能夠加大催化劑和反響物的接觸面積，從而提高催化效率。NiNiNi最終是可以轉(zhuǎn)變Ni基催化劑和載體的共同作用的機制，從而提高催化劑在重整物〔CaO、MgOKOCeOLaO和混合稀土等)。2 2 2 3[9]LaO2 3

助劑的i／LaO--A1O系列催化劑在二氧化碳重整甲烷反響中表現(xiàn)出了優(yōu)良的催化2 3 2 3活性。并在固定床反響器中測試了它的活性，考察了二氧化碳重整甲烷反響中LaO2 3

的參加量對鎳基催化劑活性和穩(wěn)定性的影響。爭論顯示：LaO2 3

的添加可以NiLaO2 3

過多地負載在催化劑上，反而會降低催化劑的催化活性。催化劑制備方法因素，也包括有催化劑活性組分的構(gòu)造、分散度以及可復原度。屬、稀有金屬氧化物、過渡金屬氧化物等，如Pt、Pd、Rh、Ag等常被用作貴金屬催化劑的活性組分。當前人們爭論最多的是Pt基和Ag基催化劑，而Ni基催化劑是過渡金屬催化劑爭論較多的。即使貴金屬的系列催化劑在重整反響過程中的低溫區(qū)保持了較優(yōu)的催化活應用而漸漸被過渡金屬如鎳基催化劑所代替。法以及離子交換法等。浸漬法制備催化劑同的載體狀態(tài)會使活性組分在載體部的分布不均勻。過程中易燒結(jié)，易產(chǎn)生污染氣等。共沉淀制備催化劑箱中烘干、在反響器中焙燒等方式即可得到催化劑。而共沉淀法是把催化劑所需的兩個或兩個以上組分同時參加進展沉淀的一pH淀的要求必需滿足，所以在操作上必需格外嚴格，效果才會好?？偟膩碚f，其優(yōu)點有獲得的沉淀物比較均勻，操作簡潔，原料來源廣；其缺點有純度低，顆粒尺寸大。溶膠凝膠法制備催化劑等手段后可以應用于制備具有亞納米空間構(gòu)造的物質(zhì)。催化劑承受溶膠凝膠法來進展制備的過程中最大的好處就在于能夠使分子法相對簡潔，所以比較適合用于制備一些不同于傳統(tǒng)意義下的的催化劑?；プ饔帽容^猛烈的現(xiàn)象。其優(yōu)點有對反響所需要的溫度的要求不是很高、粉體原料雜質(zhì)含量很低、溶差等。離子交換法制備催化劑離子交換法的根本原理就是在載體上由于金屬離子發(fā)生交換現(xiàn)象而負載于影響到交換溫度和交換濃度等。有肯定的困難。反響機理條件變化較大的限制下，它的反響機理就會呈現(xiàn)出不同的結(jié)果。第一個被提出的重整反響的反響模式是1967年由godrov和Apel-Baum[10]在爭論鎳箔上水蒸氣重整甲烷的根底上提出的：CH4+*=CH*+H22C02+*=CO+O*O*+H2=H20+*CH*+H20=CO*+2H22CO*C0*(式中*表示吸附位)Temkin[11]催化劑上提出的：CH+HO=CO+3HCO+HO=CO+HCH+2HO=CO+4H4 2 2 2 2 2 4 2 2 2理[12]：CO(g)→CO(ads)+O(ads)2CH(g)→CH(ads)+(4-x)H(ads)4 xCH(ads)+O(ads)→CO(ads)+xH(ads)xCO(ads)→CO(g)xH(ads)→x／2H(g)2重整反響中積碳和消碳爭論CH4

的裂解是重整反響中的也不一樣，常見的包括絲狀碳、聚合物碳和石墨碳。此外，載體的酸堿度會影響到在催化反響中催化劑對酸性氣體CO2

吸附量的大小，從而影響到在重整反響中催化劑的消碳力量。此外，一些爭論者[13]爭論覺察由于較小鎳晶粒(直徑<lnm)能夠鑲嵌于鈣鈦礦備很強的抗燒結(jié)性能。(1其小于臨界值；(2KO、MgO、氨水等；而助催化劑作用于重整反響中最明顯的是可以在反響中抑制催化劑外表的積炭現(xiàn)象，其實質(zhì)是轉(zhuǎn)變了催化反響中催化劑外表對CO2

的吸附性能，進而可以的相互影響所引發(fā)的催化劑構(gòu)造變化等的解決。文澤等[14]為爭論CeO2

Oi／O-A1

2 2 23行了反響，同時探究了參加稀土助劑CeO2

對催化劑的催化反響性能、比外表積等的影響。結(jié)果說明：參加了CeO2

的Ni基催化劑的比外表積有所提高，同時可以增加其催化反響的性能。爭論思路選題依據(jù)及意義甲烷制取合成氣為契機來查找能源并減緩二氧化碳日趨增多的趨勢的爭論更加的價值：機的局面，推動化工經(jīng)濟安康可持續(xù)進展；候變暖的現(xiàn)象；H／CO比約為1，F(xiàn)-T2重整反響屬于強吸熱反響，因而可以利用重整過程來存儲能量。一氧化碳和氫氣到現(xiàn)在為止還沒有大圍的應用工業(yè)化生產(chǎn)中的主要因素是催化機格外有利。爭論容性等方面做進一步的探究，并利用XRD等方法測試催化劑的空間構(gòu)造和在重整反響中的催化活性，將在重整反響中性能優(yōu)良的催化劑篩分出來。本論文的爭論進程其次是提交論文的開題報告后預備試驗；再者是完成所要進展的試驗并記錄數(shù)據(jù)；最終是預備參與辯論。2主要試劑及儀器主要試劑試劑名稱分子式濃度生產(chǎn)廠家硝酸鑭LaNO·6HO3 9 2AR市科龍化工試劑廠硝酸鈷Co(NO)·6HO32 2AR市科龍化工試劑廠硝酸鈰Ce(NO)·6HONi(N32 2AR市科龍化工試劑廠硝酸鎳O)·6HO32 2AR市科龍化工試劑廠氨水NH·HO3 210%Ni/MCM-4110%Ni,5%La/MCM-4110%Ni,3%Co/MCM-4110%Ni,3%Ce/MCM-41主要儀器儀器名稱儀器名稱型號生產(chǎn)廠家KSL省龍口市先科儀器公司質(zhì)量流量掌握器D07七星華創(chuàng)電子股份管式電阻爐省龍口市先科儀器公司循環(huán)水式真空泵SHZ-D(III)鞏義市予華儀器XX恒溫加熱磁力攪拌器DF-101D鞏義市予華儀器XX箱式電阻爐5-12科恒實業(yè)進展電爐溫度掌握器電爐溫度掌握器KSY-6-16市永光明醫(yī)療儀器廠電熱恒溫培育箱HPX-9162博迅實業(yè)醫(yī)療設(shè)備廠電子天平AR2130奧豪斯公司催化劑的制備本試驗的催化劑承受共沉淀法制備，步驟如下：Ni(NO·6HO、Co(NO·6HO、Ce(NO)·6HO、LaNO·6HO32 2 32 2 32 2 3 9 2然后分別倒入四個規(guī)格一樣的燒杯中并對燒杯進展編號處理;30mlMCM-41;各個燒杯均參加氨水，使其生成沉淀，并用pH劑進展測量，全部調(diào)整pH11；pH值調(diào)好后，分別倒入三口燒瓶中，同樣對燒瓶進展編號處理，然后轉(zhuǎn)移至恒溫磁力攪拌器中，在70℃下持續(xù)攪拌老化2h；〔三次去離子水水洗，三次醇洗，一再次去離子水水洗〕后，轉(zhuǎn)移至燒杯中，再放入110℃烘箱中枯燥12h；催化劑應盡量緊貼于坩堝壁以保證其在焙燒過程中受熱均勻到達較好的傳熱效果，同樣對坩堝進展編號處理，然后放入馬弗爐中160℃到550℃下進展焙燒，在550℃焙燒4h后，調(diào)整到50℃逐步降溫到室溫，再取出裝有催化劑的坩堝，把催化劑裝入袋中并進展標注后備用。各種計算以及校準校正因子計算方法：、2 4

校正因子的計算方法：先用循環(huán)水真空泵抽凈取樣球膽的1h，然后用取樣球膽分別接取適量的COCO、CH、H，先翻開2 4 2保護氣體氬氣再翻開氣象色譜儀預熱，設(shè)置保護溫度300℃，柱箱1溫度50℃，120℃，120℃，1壓力應為0.1Mpa，待色譜511，熱導保持開〕，0.3ml、0.4ml0.5ml0.6ml0.7ml0.8ml、0.9ml、1.0ml面積讀取值進展擬合得出線性方程公式，所得R值需至少有2個9。轉(zhuǎn)子流量計校正：HArH2

分別在轉(zhuǎn)子流16ml、28ml、32ml、40ml、44mlAr24ml48ml60ml72ml100ml3和設(shè)定流量進展擬合，得出線性公式，所得R值需至少有2個9。質(zhì)量流量計的校正：COCH質(zhì)量流量計的校正：翻開質(zhì)量流量計，通入氣體后，分別在質(zhì)量流2 4量計上分別取10ml、18ml、24ml、30ml、38ml五個點，每次待流量計在指示位3值，然后對實際流量和設(shè)定流量進展擬合，得出線性方程公式，所得R值需至2個9的。計算公式及裝置圖和反響流程圖試驗反響裝置圖氣體混合室催化劑冷凝器枯燥管色譜試驗反響流成圖催化劑的表征XRDXRD即XXRD3Ni本試驗首先以10%Ni/MCM-41為基準來檢驗其催化性能檢測結(jié)果如圖3-1所看到的那樣。圖 3-1(a)表達的是鎳基催化劑在不參加催化劑助劑狀況下對CO/H2

比值的影響，結(jié)果說明在500℃下催化活性較差，在800℃CO/H2

比值接1Ni3-1(b)表達的NiCO800CO70%，說明純Ni基催化劑在較高溫度下催化效果較好，但產(chǎn)率并不太高，因此，單靠純Ni基催化劑來催化二氧化碳重整甲烷的反響不適于大規(guī)模工業(yè)化的應用。圖3-1(c)和(d)表示純Ni基催化劑對不同溫CO2

CH4

800℃CO2

CH4

效果，與上述所說結(jié)果全都。總的來說，在較高溫度下的Ni基催化劑催化活性Ni500℃NiNi處于相對平衡狀態(tài)而沒有被激活，因此，對于相對低溫條件下的Ni基催化劑的催化活性還有待進一步的爭論。(b)(c) 〔d〕

圖3-110%Ni,5%La/MCM-41對二氧化碳重整甲烷的影響本試驗爭論了添加助劑La的Ni基催化劑對催化二氧化碳重整甲烷的影響狀況3-23-2(a)表示催化劑在參加助劑LaNiCO/H2

500℃到600℃下催化活性比純Ni基催化劑800℃850℃CO/H2

Ni基催化劑催化下得到的結(jié)果根本全都，說明較高溫度條件下10%Ni,5%La/MCM-41催化活性性能較好。不同溫度條件，在10%Ni,5%La/MCM-41催化作用下，由圖3-2(b)CO產(chǎn)率可知，在850℃條件下CO產(chǎn)率最高，將近80%；圖3-2(c)顯示在850℃條件下CO轉(zhuǎn)290%3-2(d850℃CH4

80%；La的Ni了在較高溫度下高活性的特點，假設(shè)對10%Ni,5%La/MCM-41做進一步的改進，比方探究就有可能獲得高活性、高穩(wěn)定性和高選擇性的催化劑，對添加助劑La的Ni基催化劑催化二氧化碳重整甲烷的工業(yè)化應用格外有利。(b)(c) 〔d〕圖3-210%Ni,3%Co/MCM-41CoNiCoNi基催化劑狀況CO/H2

500℃至600℃10%Ni,3%Co/MCM-41催化活性比10%Ni,5%La/MCM-41還差，在700℃到800℃下CO/H2

比值與添加助劑La的Ni基催化劑催化下得到的結(jié)果根本全都，說明較高溫度條件下催化活性性能較好。不同溫度條件，在10%Ni,3%Co/MCM-41催化作用下，由圖3-3(b)CO800℃CO60%；圖3-3(c)顯示在800℃條件CO2

60%；圖3-3(d)顯示在800℃條件下CH4

轉(zhuǎn)化率最高，接近60%；這說明白添加助劑Co的Ni基催化劑對催化二氧化碳重整甲烷效率不過程中阻礙了Ni基催化劑自身抗積炭性能的發(fā)揮甚至有可能還造成了孔道構(gòu)造的堵塞，從而導致了催化劑局部失活現(xiàn)象的產(chǎn)生。(b)(c) 〔d〕圖3-310%Ni,3%Ce/MCM-41對二氧化碳重整甲烷的影響本試驗爭論了添加助劑CeNi基催化劑對催化二氧化碳重整甲烷的影響狀況3-43-4(a)表示催化劑在參加助劑CeNiCO/H2

500℃到600℃下催化活性比純Ni基催化劑LaCoNi600℃到800℃下的狀況與純Ni基催化劑和添加了助劑La和Co的Ni基催化劑根本全都10%Ni,3%Ce/MCM-4110%Ni,3%Ce/MCM-413-4(b)CO800℃條件下CO80%3-4(c)顯示出在800℃CO2

轉(zhuǎn)化率最高，高達80%；圖3-4(d)顯示在800℃條件下CH4

轉(zhuǎn)化率最高，高達80%；說明白添加助劑Ce的Ni基催化劑對催化二氧化碳重整甲烷效率較高，初步具備了在較高溫度下高催化活性的特點，與10%Ni,5%La/MCM-41的結(jié)果有一樣之處，假設(shè)把它們交替添加到Ni基催化劑中形成一種共混的催化劑好的催化劑。(b)(c) 圖3-4〔d〕X〔XRD〕3-5所示，此圖譜為10%Ni/MCM-41、10%Ni,5%La/MCM-41、10%Ni,3%Co/MCM-41、10%Ni,3%Ce/MCM-41催化劑的XRD圖。MCM-41的特征衍射峰分2θ=23.1o、36.7o、43.5o、62.6o、75.4o，并且LaCe狀況根本沒有，說明助劑La和Ce2θ=36o、62o左右時CoCo的參加對催化劑產(chǎn)生顯著的影響。圖3-54本論文爭論承受共沉淀法制備10%Ni/MCM-41、10%Ni,5%La/MCM-41、10%Ni,3%Co/MCM-41、10%Ni,3%Ce/MCM-41催化二氧化碳重整甲烷的影響，不同助劑對Ni基催化劑催化重整反響是否有促XRD在溫度不太高時〔500℃-600℃〕La、Co、CeCe10%Ni,5%La/MCM-41850℃800℃左右。在較高溫度時〔750℃-850℃〕La、CeCoNi基催化劑的催化性能稍差。XRD，La、CeCo對催化劑產(chǎn)生了顯著的消極影響?？偟膩碚f，助劑La、CeNi催化劑供給了方向，從而有利于Ni基催化劑在催化二氧化碳重整甲烷反響中得到廣泛的工業(yè)化應用。5界，淵博的學問水平，一絲不茍的工作作風，謙恭的為人，都是我們永久學習的典。借此，謹向許教師致以誠意的感！典。借此，謹向許教師致以誠意的感！的科研態(tài)度，都深深影響著我，在此表示誠意的感。最終，向全部給與我關(guān)心和幫助的教師，同學和朋友們表示最誠意的感！最終，向全部給與我關(guān)心和幫助的教師，同學和朋友們表示最誠意的感！6BardfordMCJ，VanniceMA．C02reformingofCH4oversuppoaedPtcatalysts[J]．JCatal，1998，173(1)：157-171．QinD，LapszewicaJ．StudyofmixedsteamandC02reformingofCH4tosyngasonMgO—supportedmetal[J]．CatalToday，1994，21(2—3)-551-560．JHBakHansenC0一reformingofmethaneover2transitionmetals[J]．1993，144(I)：38—49．徐恒泳，希賢，業(yè)梅，等．甲烷、二氧化碳轉(zhuǎn)化制合成氣的爭論 化劑及其催化