CO甲烷化镍基催化剂的设计、合成及活性位点研究.pdf

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1、分类号：密级：公开学号：2015201024单位代码：10759石河子大学硕士学位论文0你CO甲烷化镍基催化剂的设计、合成及活性位点研究学位申请人张梦娟指导教师于锋副教授申请学位类别工学硕士专业名称工业催化研究领域多相催化所在学院化学化工学院中国·新疆·石河子2018年6月DesignandsynthesisonNi-basedcatalyst,studyonactivesiteforCOmethanationADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegre

2、eofMasterofEngineeringByMengjuanZHANG(IndustrialCatalysis)DissertationSupervisor:Prof.FengYUJune,2018摘要随着全球经济水平的快速提高，人们对天然气的消耗及需求量越来越高。从2007年到2017年，我国天然气供应量及需求量一路飙升，且一直处于供小与求的状态。我国天然气大部分分布在西部地区，结合我国目前富煤、贫油、少气的能源结构特点，煤制天然气是解决能源短缺的途径之一。新疆具有丰富的煤炭资源，因此，大力发展清洁的煤制天然气技术在新疆具有极大的优势及必然性。煤制天然气技术的关键是CO甲烷化环节

3、，如何提高CO的转化效率及甲烷选择性就成了该技术的关键。因此，致力于开发高活性的甲烷化催化剂是研究的关键。新疆具有丰富的蛭石资源，新疆尉犁的蛭石矿为我国最大的蛭石矿床，总地质储量居世界第二。蛭石是一种层状结构的镁铝硅酸盐类矿物二维材料，因具有丰富的镁铝钠钾等离子，因此具有优异的吸附、离子交换性能。且具有机械性能优异、耐磨性强、膨胀性能好、隔音隔热性能和耐高温性能优异等特点。同时，蛭石可以制备出膨胀蛭石，蛭石基水滑石及蛭石基二氧化硅纳米筛，这些材料均是良好的催化剂载体材料。结合以上现状，作了以下几项研究。一、等离子体法制备低负载量镍催化剂及其CO甲烷化性能研究。以膨胀蛭石为载体应用在甲烷

4、化反应中，结合单原子催化剂的特点，负载0.5wt.%Ni。由于蛭石表明光滑活性组分易团聚，传统热处理制备得到的催化剂NiO颗粒较大，且催化效果不佳。用等离子技术代替传统热处理的方式，输出功率160W空气辐射30min。得到的催化剂在450°C、空速6000mLg-1h-1的条件下CO转化率和转换频率达到了最大值93%和0.8537s-1，远优于普通热处理的催化剂。二、瞬时纳米沉降法对镍基催化剂载体及其甲烷化性能的影响。基于镍基水滑石的成功制备及在甲烷化中的应用，采用共沉淀法和瞬时纳米沉降技术成功地制备了富含氧空位的水滑石载体，并制备了CO甲烷化催化剂。与传统的共沉淀技术制备出的催化剂N

5、i/MgAl-LDO(CP)相比，瞬时纳米沉降技术制备的催化剂Ni/MgAl-LDO(FNP)由于具有较多的氧空位，对催化剂的催化性能有较大的提升。在350°C、常压、20000mLg-1h-1条件下具有最高的CO转化率为97%，CH4选择性可达到79.76%。瞬时纳米沉降技术大大缩短了催化剂的制备周期，具有更丰富的氧空位，且制备出的纳米片片层更薄。三、蒸氨法制备Ni/SiO2镍基催化剂及其活性位点研究。基于蛭石纳米筛负载镍基催化剂具有极佳的催化性能，通过氨蒸法制备得到的镍基甲烷化催化剂同样具有较佳的催化活性，催化剂Ni/SiO2在各个反应温度段均表现出较好的催化活性，在623K、1.

6、5MPa、空速25000mLg−1h−1条件下催化剂的一氧化碳转化率可达到96.7%，甲烷选择性可达到93.6%，转换频率1.619×10-3s-1。在623K下催化剂反应150h后显示了极好的热稳定性。并对该催化剂作了活性位点的研究，原位真空红外和理论计算结果表明，镍和二氧化硅界面处的活性位点最有效。关键词：甲烷化；Ni基催化剂；等离子体；瞬时纳米沉降；氨蒸法IAbstractWiththerapiddevelopementoftheglobaleconomiclevel,people'sconsumptionanddemandfornaturalgasaregettinghighe

7、randhigher.From2007to2017,China'snaturalisinastateofgassupplyislowerthandemand.MostofChina'snaturalgasisdistributedinthewesternregion,combinedwiththeenergystructureisrichcoal,pooroilandshortforgasofChina,naturalgasisoneofthe