甲烷干气重整设计制备抗积碳ni基催化剂

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1、分类号：密级：UDC：学号：405504011112南昌大学硕士研究生学位论文甲烷干气重整：设计制备抗积碳Ni基催化剂MethaneDryReforming：DesigningPotentCoke-resistantNi-basedCatalysts刘建军培养单位（院、系）：理学院化学系指导教师姓名、职称：王翔教授申请学位的学科门类：工学学科专业名称：应用化学论文答辩日期：2014年5月30日答辩委员会主席：评阅人：年月日万方数据学位论文独创性声明一、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中

2、特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名（手写）：签字日期：年月日二、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权北

3、京万方数据股份有限公司和中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》和《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》中全文发表，并通过网络向社会公众提供信息服务，同意按“章程”规定享受相关权益。学位论文作者签名（手写）：导师签名（手写）：签字日期：年月日签字日期：年月日论文题目姓名学号论文级别博士□硕士■院/系/所专业联系电话E_mail通信地址(邮编)：备注：□公开□保密（向校学位办申请获批准为“保密”，年月后公开）万方数据摘要摘要当今世界，能源与环保问题日益严重。甲烷干气重整反应，可充分利用天然气资源，同时降低CO2的排放，缓解温室效

4、应，因此越来越受到各国催化学家的广泛关注。Ni基催化剂价格低廉储量丰富且活性高，是理想的甲烷干气重整反应催化剂，但是由于积碳严重，失活快等原因限制了其工业应用。研究和开发抗积碳性能优良的Ni基催化剂是实现甲烷干气重整反应工业化的关键。本文以Sn以及稀土Ce和Nd作为助剂改性Ni基催化剂，通过系统研究，合理设计得到一系列抗积碳性能良好的催化剂，为更好的设计活性和抗积碳性能优良的催化剂提供理论依据和实际指导。本论文首先研究了Sn对Ni/Al2O3催化剂抗积碳性能的改善作用。采用共浸渍法制备了不同含量Sn改性的Ni/Al2O3催化剂，结果发现添加少量的Sn能大大提高

5、Ni/Al2O3催化剂的抗积碳性能，同时会使得催化剂活性有所降低。催化剂的抗积碳性能和Sn的添加量成正比关系，当Sn/Ni摩尔比为0.02时催化剂在反应150h后无积碳产生。为了考察Sn添加提高催化剂抗积碳性能的本质原因，采用共浸渍和分步浸渍方法制备了Sn/Ni摩尔比为0.02的催化剂。结果发现不同的浸渍顺序对催化剂的抗积碳性能也有影响。共浸渍制备的催化剂抗积碳性能好于分步浸渍制备的催化剂。H2-TPR表明，Sn的加入能促进NiAl2O4的还原；CO2-TPD表明，Sn的加入降低了催化剂的CO2吸附能力；XPS结果表明Sn在Ni颗粒表面富集；而XRD和TEM都

6、发现Sn改性的催化剂Ni晶粒和颗粒都变大，造成Ni晶粒和颗粒变大的原因是由于Ni-Sn表面合金的形成；同时STEM-EDX结果更进一步证明了Ni-Sn表面合金的形成。各表征结果表明，Ni-Sn表面合金是提高催化剂抗积碳性能，同时降低催化剂活性的主要原因。因此控制合适量的Ni-Sn表面合金，将有助于制备得到活性下降不大，但抗积碳性能大大提高的催化剂。其次研究了Ce和Nd改性的Ni/Mg/Al催化剂。采用共沉淀法制备镁铝水滑石。通过浸渍法分别以镁铝水滑石和γ-Al2O3作为载体负载Ni制备催化剂用于甲烷干气重整反应。结果发现以镁铝水滑石为载体的催化剂表现出更好的催

7、化活性和抗积碳性能。XRD结果表明以镁铝水滑石为载体制备的催化剂Ni晶粒更小。H2-TPR结果表明镁铝水滑石为载体Ni更难被还原。结合XRD和I万方数据摘要H2-TPR结果，我们认为Ni与Mg形成固溶体，固溶体的形成阻止Ni聚集，从而得到晶粒更小的Ni，提高催化剂的抗积碳性能。采用共浸渍法制备稀土Ce和Nd改性的Ni/Mg/Al催化剂，结果发现添加稀土Ce和Nd能进一步提高Ni/Mg/Al催化剂的活性以及抗积碳性能。特别是添加Ce改性后催化剂，相比于未改性的NiMgAl催化剂，其活性提高，同时积碳速-1-1-1-1率由30mg·gcat..h降到了7mg·gc

8、at..h。H2-TPR结果表明稀土C