NI-Ce-SiO2催化劑的制備、表征及其CO甲烷化性能.pdf

1、CO甲烷化不但在合成氨、石油化工制氫方面得到廣泛應用，而且在其他許多方面也具有重要的應用價值，如燃料電池中氫氣純化;城市煤氣中CO解毒以提高其熱值;F-T合成中避免甲烷產生的研究等;尤其是近年來利用焦爐煤氣甲烷化以及劣質煤經氣化、甲烷化合成代用天然氣，已成為學術界和產業(yè)界共同矚目的一個研究課題。同時，在理論研究方面，由于該反應體系簡單而常被用作研究甲烷化催化劑的探針反應。在CO甲烷化催化劑中，貴金屬Ru催化活性最高，但由于價格昂貴，使其

2、應用受到限制;Ni具有較好的活性，且價格相對低廉，大多數(shù)富氫氣體中少量CO的甲烷化過程都普遍使用鎳基催化劑。為了提高催化劑的催化性能，在催化劑中加入適宜助劑可謂一種有效的方法。常用的助劑有堿金屬、堿土金屬以及稀土金屬氧化物，其中CeO2由于具有良好的儲放氧能力、氧化還原性以及分散表層活性組分等特性而在催化領域廣泛受到青睞。SiO2氣凝膠具有小粒徑、高比表面積、高孔隙率等特性，是一種性能優(yōu)良的催化劑載體。本課題組前期研究工作表明，Ni/S

3、iO2催化劑具有較好的CO甲烷化催化活性，本文在前期工作的基礎上，采用等體積浸漬法制備了一系列Ni/SiO2和Ni-M/SiO2(M=Ce、Co、Cu)催化劑，考察了不同助劑對Ni/SiO2催化劑CO甲烷化催化活性影響，同時進一步優(yōu)化了Ni-Ce/SiO2催化劑的各種制備條件（包括不同Ni/Ce比、Ce含量、浸漬順序等）。在此基礎上，通過N2-physisorption、XRD、H2-TPR、TPD、TPSR等手段對催化劑的結構和表面性

4、質進行表征，深入探討了Ce助劑的引入對催化劑上甲烷化反應物與產物分子吸脫附行為的影響。本文最后還考察了反應工藝條件（包括空速、反應溫度、原料氣中CO含量）對Ni-Ce/SiO2催化劑甲烷化催化活性的影響，以及該催化劑的耐熱穩(wěn)定性和壽命。
　　本研究主要內容包括：⑴助劑Ce的添加能有效提高Ni/SiO2催化劑的CO甲烷化活性。其中，7wt％Ni-2wt％Ce/SiO2表現(xiàn)出優(yōu)于7wt％Ni/SiO2和13wt％Ni/SiO2的催化性

5、能，其催化CO甲烷化反應起燃溫度和完全轉化溫度分別為190℃和230℃。⑵對7wt％Ni/SiO2和7wt％Ni-2wt％Ce/SiO2催化劑進行結構和表面性質表征，結果表明，將Ce引入Ni/SiO2催化劑后，NiO、CeO2和SiO2三者之間產生了相互作用，雖對催化劑的織構特征影響不大，但顯著促進了催化劑中活性鎳物種的分散，減弱了活性組分與載體間的相互作用，增加了活性比表面積，并促使在催化劑表面形成了新的中等強度的CO吸附中心，增強了

6、催化劑對CO的吸附活化能力，顯著提高了催化劑的CO甲烷化活性。⑶在針對7wt％Ni-2wt％Ce/SiO2催化劑CO甲烷化反應工藝條件、耐熱穩(wěn)定性及壽命考察實驗中發(fā)現(xiàn)，在空速由3000h-1提高到10000h-1的過程中，催化劑上CO轉化率略有下降;在考察的反應溫度范圍內(100～640℃)，該催化劑具有寬的反應活性溫度區(qū)域;在550℃高溫下反應后催化劑耐熱穩(wěn)定性良好，在240℃、7000 h-1、1％ CO的評價條件下，催化劑在近24