nio-mgo催化甲烷干重整制合成气的反应机理及性能研究

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1、NiO-MgO催化甲烷干重整制合成气的反应机理及性能研究InsightintotheReactionMechanismandCatalyticPerformanceofDryReformingofMethanetoSyngasoverNiO-MgOCatalyst学科专业：化学工艺研究生：蒋士萍指导教师：王胜平教授天津大学化工学院二零一七年五月万方数据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和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证

2、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了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要甲烷-二氧化碳干重整反应不仅可以将两种温室气体加以利用，并且

3、所得产物中H2/CO≤1，满足工业上费托（Fischer-Tropsch）合成的要求。由于NiO-MgO催化剂中Ni的颗粒尺寸较小且表面具有碱性，因而，越来越受到关注。本论文主要针对NiO-MgO催化剂在甲烷-二氧化碳干重整中的反应机理以及催化活性展开研究。通过原位漫发射红外光谱（DRIFTS）和密度泛函理论（DFT）计算对NiO-MgO催化剂在甲烷-二氧化碳干重整反应中的机理，尤其是CO2活化形式进行研究。结果表明，对于产物CO的形成，气相CO2与CH4裂解产物C直接反应生成CO，即Eley-Rideal（E-R）型机理，是主要的反应路径。同时，另一反应路

4、径是，单齿型碳酸盐作为MgO表面活性吸附态CO2物种，与CH4在活性组分Ni表面裂解产生并溢流到载体表面的解离H发生氢解作用形成产物CO。采用溶剂热法制备了具有特殊MgO(111)晶面和氧化还原型助剂添加的M-NiMgO(111)（M=Ce、Zr、Ce/Zr）催化剂。高表面能的MgO（111）晶面的存在有利于活性的提高。当Ce：Zr=0.01:0.01时，Ce0.01/Zr0.01-NiMgO(111)具有最高的活性和长周期的稳定性，反应100h后，其积碳量仅为2.3%。XRD、TEM、XPS表征分析表明，在Ce0.01/Zr0.01-NiMgO(111)中

5、，因NiO与MgO间更强的相互作用使得Ni的晶粒尺寸更小，不易烧结。同时，催化剂表面有着更多的吸附氧增大了对CO2的吸附能力以及消碳能力，从而使得Ce0.01/Zr0.01-NiMgO(111)表现出优异的活性和抗积碳性。关键词:甲烷干重整，NiO-MgO，原位红外，密度泛函理论，反应机理I万方数据ABSTRACTDry(CO2)reformingofmethane(DRM),notonlyprovidesapathwaytoconsumethetwomajorgreenhousegases,butfulfillsarequirementoftheFisch

6、er-Tropschsynthesis,forproducingindustriallyimportantsyngaswithaH2/COratio≤1.DuetothesmallNiparticlesandsurfacebasicity,moreandmoreattentionhasbeenpaidtothereducedNiO-MgOcatalyst.ThispaperfocusedonthethereactionmechanismandcatalyticperformanceofdryreformingofmethaneoverNiO-MgOcatal

7、yst.Theinteractionmechanismsofdryreformingofmethane,especiallyinthepartofCO2activationonthereducedNiO-MgOcatalyst,havebeensystematicallyinvestigatedbyinsitudiffusereflectanceinfraredFouriertransformspectroscopy(DRIFTS)anddensityfunctionaltheory(DFT)calculations.Basedontheresults,it

8、wasindicatedthat,whatmoref