本文關(guān)鍵詞：新型碳化硅載體的制備及其在甲烷二氧化碳重整中的性能研究

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【摘要】：CH_4和CO_2兩種主要溫室氣體的大量排放,引起全球氣候變暖,從而造成一系列的影響。因此,合理控制和利用溫室氣體已刻不容緩。CH_4-CO_2重整制合成氣過程可以在緩解溫室效應(yīng)的同時獲得替代能源,對于促進清潔能源生產(chǎn)和保護環(huán)境具有重要意義。CH_4-CO_2重整反應(yīng)中廣泛研究的Ni基催化劑需要在較高溫度下進行反應(yīng),高溫帶來了高能耗,同時Ni基催化劑容易因金屬燒結(jié)和積碳失活較快,從而導(dǎo)致CH_4-CO_2重整反應(yīng)尚未工業(yè)化。SiC因具有導(dǎo)熱性能好、化學(xué)穩(wěn)定性高、機械強度高以及強抗氧化性等性質(zhì),用作催化劑載體在特定的反應(yīng)體系中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。因此,我們借助SiC研制相對低溫下活性高,同時具有抗金屬燒結(jié)和抗積碳能力的CH_4-CO_2重整催化劑。本文采用鹵素抽提的方法對低比表面積的商業(yè)化SiC進行表面處理,在SiC表面形成高比表面積的C層,即C-SiC材料。隨后對C-SiC進行N原子的摻雜、CeO_2和La2O3的添加,研究新型SiC載體的制備及其負載Ni制得的催化劑在CH_4-CO_2重整反應(yīng)中的催化性能。同時采用掃描電子顯微鏡(SEM)、N2吸附、X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、熱重/差熱分析(TG/DTA)、氫氣程序升溫還原(H2-TPR)以及X射線光電子能譜(XPS)表征技術(shù)對催化劑進行分析。本文所得主要結(jié)論如下：1.商業(yè)化SiC經(jīng)表面處理制得的C-SiC和N-C-SiC比表面積增大。SiC表面碳化的最佳時問為1 h。N摻雜時問為1 h,NH3與CCl4的比值為0.375：1時,制得的Ni/N-C-SiC-1-0.375:1催化劑CH_4-CO_2重整性能最佳。2.CH_4-CO_2重整反應(yīng)的催化活性順序為Ni/N-C-SiC-1-0.375:1 Ni/C-SiC-1Ni/SiC,XRD和TEM結(jié)果說明這是由于C-SiC-1和N-C-SiC-1-0.375:1載體上Ni分散度的提高；Ni/C-SiC-1和Ni/N-C-SiC-1-0.375:1催化劑的穩(wěn)定性比Ni/SiC稍差,XRD、TEM和TG表征發(fā)現(xiàn)是金屬燒結(jié)和積碳導(dǎo)致的。3.采用共浸漬法制備Ce02改性的Ni/C-SiC-1催化劑。與Ni/C-SiC-1催化劑相,Ni/20CeO_2-C-SiC一1催化劑活性顯著提高,穩(wěn)定性更佳.XRD. TEM和XPS結(jié)果說明Ni/20CeO_2-C-SiC-1催化劑活性增加是由于Ni分散度的提高；XRD.TEM和TG/DTA表征發(fā)現(xiàn)Ni/20CeO_2-C-SiC一1催化劑的積碳明顯減少,從而穩(wěn)定性更佳。H2-TPR結(jié)果表明,Ni/20CeO_2-C-SiC-1催化劑中金屬Ni與載體的相互作用明顯強于Ni/C-SiC-1催化劑,這可能是Ni/20CeO_2-C-SiC-1催化劑Ni分散度和抗積碳性能顯著提高的主要原因。4.與Ni/C-SiC-1催化劑相比,共浸漬法制備的Ni/5La2O3-C-SiC-1催化劑活性顯著提高。XRD和TEM結(jié)果表明Ni/5La2O3-C-SiC-1催化劑的活性增加是由于Ni分散度的提高。
【關(guān)鍵詞】：CH_4-CO_2重整 Ni催化劑 SiC N摻雜 CeO_2 La_2O_3
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-18
• 第一章 緒論18-36
• 1.1 引言18
• 1.2 CH_4-CO_2重整反應(yīng)制備合成氣的研究18-26
• 1.2.1 甲烷制合成氣的主要方式19-20
• 1.2.1.1 甲烷水蒸氣重整19-20
• 1.2.1.2 甲烷部分氧化反應(yīng)20
• 1.2.1.3 CH_4-CO_2重整20
• 1.2.2 CH_4-CO_2重整反應(yīng)的研究20-26
• 1.2.2.1 熱力學(xué)分析20-21
• 1.2.2.2 反應(yīng)機理分析21-22
• 1.2.2.3 催化劑研究22-26
• 1.2.2.3.1 活性組分22-23
• 1.2.2.3.2 載體23-24
• 1.2.2.3.3 助劑24-25
• 1.2.2.3.4 失活分析25-26
• 1.3 碳化硅材料在催化反應(yīng)中的應(yīng)用26-33
• 1.3.1 碳化硅的結(jié)構(gòu)和性能26-28
• 1.3.1.1 晶體結(jié)構(gòu)27
• 1.3.1.2 物化性能27-28
• 1.3.2 碳化硅作為催化劑載體的研究進展28-33
• 1.3.2.1 高比表面積的碳化硅28-31
• 1.3.2.2 低比表面積的碳化硅31-33
• 1.4 本論文研究的意義與內(nèi)容33-36
• 1.4.1 研究意義33
• 1.4.2 研究內(nèi)容33-36
• 第二章 實驗部分36-44
• 2.1 實驗原料36
• 2.2 實驗儀器36-37
• 2.3 催化劑制備37-40
• 2.3.1 C-SiC載體的制備37
• 2.3.2 N-C-SiC載體的制備37-38
• 2.3.3 Ni/C-SiC和Ni/N-C-SiC催化劑的制備38-39
• 2.3.4 Ni/CeO_2-C-SiC催化劑的制備39
• 2.3.5 Ni/La_2O_3-C-SiC催化劑的制備39-40
• 2.4 催化劑表征40-42
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡(SEM)40
• 2.4.2 N_2吸附40
• 2.4.3 X射線衍射(XRD)40-41
• 2.4.4 透射電子顯微鏡(TEM)41
• 2.4.5 熱重/差熱分析(TG/DTA)41
• 2.4.6 氫氣程序升溫還原(H_2-TPR)41
• 2.4.7 X射線光電子能譜(XPS)41-42
• 2.5 催化劑性能評價42-44
• 第三章 Ni/C-SiC和Ni/N-C-SiC催化劑在CH_4-CO_2重整中的性能研究44-58
• 3.1 引言44
• 3.2 實驗結(jié)果與討論44-57
• 3.2.1 催化劑的CH_4-CO_2重整性能44-48
• 3.2.1.1 碳化時間的影響44-45
• 3.2.1.2 N摻雜時間的影響45-46
• 3.2.1.3 N摻雜含量的影響46
• 3.2.1.4 Ni/SiC、Ni/C-SiC-1和Ni/N-C-SiC-1-0.375：1催化劑的性能比較46-48
• 3.2.2 載體表征48-50
• 3.2.2.1 SEM48-49
• 3.2.2.2 N_2吸附49-50
• 3.2.3 催化劑表征50-57
• 3.2.3.1 XRD50-52
• 3.2.3.2 TEM52-54
• 3.2.3.3 TG54-56
• 3.2.3.4 H_2-TPR56-57
• 3.3 小結(jié)57-58
• 第四章 CeO_2改性的Ni/C-SiC催化劑在CH_4-CO_2重整中的性能研究58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 實驗結(jié)果與討論58-71
• 4.2.1 催化劑的CH_4-CO_2重整性能58-60
• 4.2.1.1 CeO_2含量的影響58-59
• 4.2.1.2 Ni/C-SiC-1和Ni/20CeO_2-C-SiC-1催化劑的性能比較59-60
• 4.2.2 催化劑表征60-71
• 4.2.2.1 N_2吸附60-61
• 4.2.2.2 XRD61-63
• 4.2.2.3 TEM63-66
• 4.2.2.4 TG/DTA66-68
• 4.2.2.5 H_2-TPR68-69
• 4.2.2.6 XPS69-71
• 4.3 小結(jié)71-72
• 第五章 La_2O_3改性的Ni/C-SiC催化劑在CH_4-CO_2重整中的性能研究72-82
• 5.1 引言72
• 5.2 實驗結(jié)果與討論72-80
• 5.2.1 催化劑的CH_4-CO_2重整性能72-74
• 5.2.1.1 La_2O_3含量的影響72-73
• 5.2.1.2 Ni/C-SiC-1和Ni/5La_2O_3-C-SiC-1催化劑的性能比較73-74
• 5.2.2 催化劑表征74-80
• 5.2.2.1 N_2吸附74-75
• 5.2.2.2 XRD75-77
• 5.2.2.3 TEM77-79
• 5.2.2.4 TG79
• 5.2.2.5 H_2-TPR79-80
• 5.3 小結(jié)80-82
• 第六章 結(jié)論與展望82-84
• 6.1 結(jié)論82
• 6.2 創(chuàng)新點82
• 6.3 展望82-84
• 參考文獻84-92
• 致謝92-94
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文94-96
• 作者和導(dǎo)師簡介96-98
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書98-100

【參考文獻】

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本文編號：1026052