【摘要】：甲烷二氧化碳重整制合成氣(Dry reforming of methane,DRM)利用兩種主要溫室氣體(即甲烷和二氧化碳)為反應(yīng)原料,對(duì)改善生態(tài)環(huán)境方面具有重要的研究意義。過(guò)渡金屬碳化物催化劑同貴金屬具有類(lèi)似的性質(zhì),近年來(lái)研究者對(duì)這種新型材料格外關(guān)注。本研究制備了具有一定特殊形貌的氧化鎢和碳化鎢,負(fù)載金屬Ni之后,構(gòu)建Ni/WC_x雙功能催化劑,用金屬Ni來(lái)裂解甲烷而WC_x來(lái)活化CO_2,研究了其DRM反應(yīng)活性和穩(wěn)定性,并采用X射線衍射分析、掃描電子顯微鏡、二氧化碳程序升溫氧化等表征手段研究了催化劑的微觀作用機(jī)理,研究結(jié)果如下:1.探究了鎳基催化劑上不同晶型碳化鎢/鉬對(duì)DRM反應(yīng)性能的影響:CH_4-TPSR和CO_2-TPO等表征手段說(shuō)明Ni/α-WC催化劑的甲烷裂解溫度最低,即更容易活化甲烷;體相氧化溫度最高,即能夠有效抑制催化劑氧化。故在DRM反應(yīng)中,Ni/α-WC的活性和穩(wěn)定性更優(yōu)異。2.采用水熱合成法、原位碳化法及等體積浸漬法制備了具有納米片、納米球形貌的碳化鎢,通過(guò)金屬Ni對(duì)其改性,測(cè)試其對(duì)DRM的影響。發(fā)現(xiàn)通過(guò)該方法制備的Ni-WC_x納米球的催化活性很高,經(jīng)過(guò)穩(wěn)定性測(cè)試后發(fā)現(xiàn)Ni-WC_x納米球催化劑迅速失活。為了探究催化劑失活原因,CO_2-TPO和CH_4-TPSR表征結(jié)果可得,Ni-WC_x納米球催化劑在800℃由于發(fā)生了體相氧化,導(dǎo)致催化劑氧化失活。3.采用水熱合成法、程序升溫碳化法及等體積浸漬法制備了具有納米片、納米球形貌的氧化鎢,通過(guò)金屬Ni對(duì)其改性及程序升溫碳化后,探究了對(duì)DRM反應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)該方法制備的Ni-WC_x納米球催化劑具有很高的催化活性和優(yōu)異的穩(wěn)定性(29h)。為了探究其微觀作用機(jī)理,通過(guò)CO_2-TPO、CH_4-TPSR等表征手段對(duì)以上催化劑進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)Ni-WC_x納米球催化劑更容易促進(jìn)甲烷的裂解,同時(shí)具有更好的抗氧化性。
【學(xué)位授予單位】：吉林化工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O643.36;TB383.1
【圖文】：

圖 1.1 美國(guó) 2012 年溫室氣體：(a) 排放情況 (b) 來(lái)源情況圖 1.1 是美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)報(bào)導(dǎo)的美國(guó)溫室氣體的排放及來(lái)源情況[1]。在圖 1.1(a)中，CH4和 CO2分別占溫室氣體總排放量的 9 %和 82 %。自 20 世紀(jì) 20年代以來(lái)，二氧化碳排放量穩(wěn)步上升。圖 1.1(b)中可以看出 CO2的排放來(lái)源主要來(lái)自于各種各樣的發(fā)電來(lái)源(煤、天然氣和石油的化石燃料燃燒)、運(yùn)輸和工業(yè)(如鋼鐵生產(chǎn)和天然氣)系統(tǒng)。有資料顯示[3]，大氣中二氧化碳的濃度以 0.5 %/年的速度逐漸遞)預(yù)測(cè)表示大氣中二氧化碳的含量將在 2100 年時(shí)達(dá)到 570 ppm。全球平均溫度將上升 1.9 oC。這樣將導(dǎo)致冰川消退、海平面的上升，氣候異常等災(zāi)難。所以人類(lèi)面臨的巨大挑戰(zhàn)之一就是充分利用二氧化碳并降低二氧化碳的排放量。甲烷的穩(wěn)定性十分高，分子也高度對(duì)稱(chēng)，在天然氣中所占體積分?jǐn)?shù)約70~90 %[4]。天然氣是三大化石資源之一，熱值較高，儲(chǔ)量豐富[5]。另外，天然氣的開(kāi)發(fā)和利用將隨著科技的不斷進(jìn)步變得越來(lái)越容易，研究者們對(duì)甲烷的研究也會(huì)變得越來(lái)越廣泛[6,7]。

該過(guò)程的研究和開(kāi)發(fā)成為一大熱點(diǎn)[12]。二氧化碳的利用途徑CO2是主要的溫室氣體之一，如何利用并減少二氧化碳的排放量和加強(qiáng)化利用一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)和國(guó)家面臨急需解決的問(wèn)題。二氧化碳中素，因此二氧化碳本身就是一種既安全又經(jīng)濟(jì)的可再生碳源，可以捕獲 CO2作為可以利用的原料[13,14]。在過(guò)去的幾十年中，很多化學(xué)研究者將作為廉價(jià)的碳源，設(shè)計(jì)不同的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程來(lái)生成各種燃料和其它的化例如甲醇、一氧化碳、甲烷等等，其常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)路徑和產(chǎn)物如圖 1可見(jiàn)二氧化碳在化工生成行業(yè)具有巨大的應(yīng)用前景，同時(shí)也可以對(duì)當(dāng)前等環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行有效的緩解[15-17]。二氧化碳又包含氧元素，作為氧源可RM 反應(yīng)，催化加氫合成二甲醚等。但是到現(xiàn)在為止沒(méi)有很大的突破主要力學(xué)限制等原因[18]。

G=-8545+7.84T 水氣變換反應(yīng)（RWGS），根據(jù)操作的溫度和反應(yīng)物的分能會(huì)發(fā)生，包括甲烷的裂解（1.5，MD），甲烷在催化劑碳和 H2,，還有逆 CO 歧化反應(yīng)（1.6，BR），生成表面碳 C（s） 2 (K= 75 kJ mol ) Go=2190-26.45T C（s） CO (K= 171 kJmol ) Go=-39810+40.87T 的溫度下，這些副反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力是由標(biāo)準(zhǔn)的自由能來(lái)決定由能量值中推測(cè) DRM 反應(yīng)發(fā)生時(shí)在 640 oC 以上[34]；同樣夠發(fā)生在 820 oC，他們認(rèn)為，積碳是由于為溫度在 557~的裂解反應(yīng)和逆 CO 歧化反應(yīng)形成的。這和圖 1.3 的結(jié)O2/CH4比值是 1，總壓力在 1 atm時(shí)，積碳是在 870 oC 以

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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本文編號(hào)：2755707