【摘要】：甲烷-二氧化碳重整(DRM)制合成氣是甲烷高效轉(zhuǎn)化為高附加值液相產(chǎn)品的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。然而,現(xiàn)今應(yīng)用于該反應(yīng)體系的非貴金屬催化劑由于積碳而存在穩(wěn)定性差的問(wèn)題。本論文旨在探索高效穩(wěn)定的鎳基催化劑,結(jié)合有序介孔材料的質(zhì)構(gòu)特性和雙金屬的協(xié)同效應(yīng)這兩方面的優(yōu)勢(shì),探討了典型有序介孔材料(有序介孔二氧化硅和氧化鋁)負(fù)載鎳基雙金屬催化劑在甲烷二氧化碳重整反應(yīng)中催化性能的影響。通過(guò)N_2物理吸附-脫附、透射電子顯微鏡、X-射線粉末衍射、H_2程序升溫還原、H_2-化學(xué)吸附、X-射線光電子能譜、熱重分析等表征手段對(duì)催化劑的孔道結(jié)構(gòu)、形貌和表面組成等信息進(jìn)行了詳細(xì)的分析,系統(tǒng)研究了過(guò)渡金屬及介孔孔道對(duì)催化劑性能方面的影響。本論文的成果對(duì)于進(jìn)一步研究高效穩(wěn)定的過(guò)渡雙金屬有序介孔鎳基催化劑具有重要的指導(dǎo)意義。具體研究?jī)?nèi)容闡述如下:(1)以有序介孔硅基材料SBA-15為載體,通過(guò)共浸漬法合成了SBA-15負(fù)載鎳基雙金屬催化劑(M-Ni/SBA-15,M=Fe,Co,Cu和Cr),詳細(xì)考察了摻雜第二組分金屬對(duì)鎳基催化劑(Ni/SBA-15)的物理化學(xué)性質(zhì)和甲烷重整催化性能的影響。Co-Ni/SBA-15催化劑具有最好的催化性能,這得益于Co固有的DRM活性以及Co的添加可提高Ni的分散度并抑制催化劑的燒結(jié)。Cr的加入極大削弱了催化劑的DRM活性。而Fe的摻雜嚴(yán)重破壞了SBA-15固有的孔道結(jié)構(gòu),導(dǎo)致催化活性和穩(wěn)定性極具降低。Cu的加入使得催化劑抗積碳性能下降,進(jìn)而影響催化性能。(2)由于金屬-載體之間的相互作用力可顯著影響催化劑的催化性能,考慮到SBA-15載體和金屬之間的相互作用力較弱。為增強(qiáng)其相互作用,采用有序介孔氧化鋁(OMA)為載體,通過(guò)溶劑揮發(fā)自組裝方法將第二組分金屬(M=Fe、Co或Cu)摻雜到Ni基OMA催化劑中得到雙金屬催化劑(MNi-OMA)。所有MNi-OMA的DRM活性和穩(wěn)定性均要高于相應(yīng)SBA-15負(fù)載的雙金屬催化劑,說(shuō)明金屬與載體的相互作用力對(duì)催化性能具有重要影響。MNi-OMA催化劑在DRM中的催化行為差異歸因于抗積碳性能的不同。CuNi-OMA催化劑反應(yīng)活性低,穩(wěn)定性差,而FeNi-OMA對(duì)DRM具有較好的催化活性。此外,在FeNi-OMA中,Fe含量(Fe/Ni=0.3~0.9)對(duì)x-FeNi-OMA催化劑性能也具有顯著影響。x-FeNi-OMA催化劑在Fe/Ni=0～0.7時(shí)表現(xiàn)出高比表面積和有序介孔結(jié)構(gòu),而介孔結(jié)構(gòu)在高Fe/Ni摩爾比為0.9時(shí)被破壞。在還原處理過(guò)程中,由于FeNi_3合金的形成,Fe在DRM反應(yīng)中表現(xiàn)出了積極的作用。其中,0.7-FeNi-OMA催化劑是性能最優(yōu)的催化劑,其在反應(yīng)24小時(shí)后的活性降低不是由于孔道結(jié)構(gòu)的變化和活性組分的燒結(jié),而是與FeNi_3在重整反應(yīng)條件下的“去合金化”密切相關(guān)。本研究證明了穩(wěn)定的FeNi_3合金結(jié)構(gòu)對(duì)于DRM反應(yīng)的重要性。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TE665.3;O643.36
【圖文】：

第一章 緒論廉等諸多優(yōu)勢(shì)而備受科研工作者的青睞[17, 21]。其中鎳（Nickel），它位于在元素周期表中第四周期第 VIII 族，原子序數(shù)為 28，度 8.908 g/cm3，熔點(diǎn) 1455 C，沸點(diǎn) 2730 C，外圍電子排布潑，在空氣中很容易被氧化，到 1751 年才被瑞典礦物學(xué)家 A.F。鎳具有很好的可塑性、耐腐蝕性和磁性等性能，主要應(yīng)用于學(xué)催化等領(lǐng)域（圖 1-2）。鎳作為加氫催化劑的首次應(yīng)用可追溯獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)[22]。近十年來(lái)，Ni 是金屬催化劑中應(yīng)用最廣，負(fù)載型 Ni 基催化劑也因此成為了廣泛研究的對(duì)象。

圖 1-4 有序介孔氧化鋁的 TEM 圖像：[001]方向(a)和[110]方向(b)[62]images (a) and (b) of ordered mesoporous alumina viewed along [001] and [1多具有活性位點(diǎn)的金屬組分摻雜至 OMA 中，可進(jìn)一步拓展其在，尤其是在高溫反應(yīng)中。為此，Jaroniec 等人[63]將此合成方法拓金屬氧化物方面。用不同摩爾比的金屬前驅(qū)體鹽（Ni、Mg、C爾分?jǐn)?shù)替代 Al 源。結(jié)果表明，在金屬氧化物含量高達(dá) 20%時(shí)，孔形貌且金屬氧化物能均勻地在Al2O3上分散。通過(guò)該方法制備甲烷二氧化碳重整、甲烷部分氧化和甲烷化等高溫反應(yīng)中均具有性[64, 65]。此外，Tan 等人在不使用模板劑的情況下，采用水解無(wú)MA 負(fù)載 Ni-MgO 催化劑，電鏡圖像顯示所合成的材料同樣具有8]。高鎳基催化劑的催化性能，采用類(lèi)似方法制備的三元復(fù)合氧

圖 1-5 影響雙金屬不同結(jié)構(gòu)形成的因素[22]5 Factors responsible for the formation of different bimetallic s雙金屬催化劑t，Ru，Ir 等應(yīng)用于 DRM 反應(yīng)已有幾十年的歷史，性、穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗積碳性能[83-85]。然而，盡管不可避免的受到了限制。而 Ni-貴金屬雙金屬催化定性與 Ni 的價(jià)格優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，是一類(lèi)具有研究釋效應(yīng)可提高金屬分散度，使得鎳粒子的粒徑變小的還原性和抗氧化性。此外，貴金屬在表面的存在反應(yīng)途徑從而抑制積碳的形成。早在上世紀(jì) 90 年代 固溶體中加入少量 Pt、Pd 和 Rh。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于性都有了顯著的提高；此外，合金的形成也可加速

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;炭載含鉀雙金屬催化劑上NO_x還原[J];石油煉制與化工;2000年07期

2 王其武,袁椿華,姚建龍,黃敏明,戎晶芳,沈孝良,吉文斌;銅鎳雙金屬催化劑結(jié)構(gòu)的EXAFS研究(英文)[J];化學(xué)物理學(xué)報(bào);1988年06期

3 馬力;段雪;王琪;;甲醇水蒸汽轉(zhuǎn)化 Cu-Ni 雙金屬催化劑的制備、表征與篩選[J];石油化工;1988年10期

4 濟(jì)任;;從H_2和CO通過(guò)均相雙金屬催化劑選擇合成醋酸[J];天然氣化工(C1化學(xué)與化工);1989年04期

5 劉基萬(wàn),游江,楊丹,鄭兆佳,倪繼金,李慶云;聚γ-氨丙基硅氧烷鈀、鉬雙金屬催化劑的合成、加氫活性及其XPS研究[J];高分子學(xué)報(bào);1989年05期

6 馬磊;陳晴;;手性雙金屬催化劑及其在不對(duì)稱(chēng)催化反應(yīng)中的應(yīng)用[J];化工管理;2014年36期

7 顧榜;金亞美;徐程;李金林;;鈷含量對(duì)鐵鈷雙金屬催化劑的費(fèi)-托合成催化性能的影響[J];華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年05期

8 姜恒,徐筠,廖世健,余道容,陳華,李賢均;水溶性雙金屬催化劑在硝基化合物加氫反應(yīng)中的協(xié)同效應(yīng)[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);1997年01期

9 王磊;張磊;;連續(xù)重整鉑錫雙金屬催化劑氫鉑比低的原因分析及對(duì)策[J];石化技術(shù)與應(yīng)用;2016年04期

10 公維光;徐元元;鄭柏存;;鎳基雙金屬催化劑/活性炭催化聚丙烯成炭及燃燒性能研究[J];化學(xué)工業(yè)與工程;2015年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 湯禹;戴翼虎;徐少丹;范杰;;限域合金作用提高金鈀雙金屬催化劑的熱穩(wěn)定性和抗氧化能力[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

2 高燕;陳慕華;儲(chǔ)偉;洪景萍;張雄偉;慈志敏;;高分散度銥基雙金屬催化劑的研制與選擇加氫制乙烯[A];第一屆全國(guó)化學(xué)工程與生物化工年會(huì)論文摘要集(下)[C];2004年

3 戴洪興;侯志全;梁儀靜;劉雨溪;鄧積光;敬林;;鈀基雙金屬催化劑的制備及其對(duì)甲烷和苯氧化的催化性能[A];第十六屆全國(guó)工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2019年

4 王愛(ài)琴;李婉君;張磊磊;張濤;;含金雙金屬催化劑催化精細(xì)化學(xué)品的綠色合成[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第1分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

5 李小汝;趙鳳玉;;鎳鐵雙金屬催化劑催化甘油氫解[A];第十四屆全國(guó)青年催化學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議論文集[C];2013年

6 趙靜;馬紅;宋奇;高進(jìn);于維強(qiáng);徐杰;;X型分子篩擔(dān)載的雙金屬催化劑用于丙三醇加氫裂解研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第01分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

7 穆宏春;黃國(guó)芳;李春萍;;碳納米纖維載銀-銅雙金屬催化劑的制備與應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十七分會(huì)：納米催化[C];2016年

8 王寶俊;;一碳反應(yīng)體系中雙金屬催化劑的結(jié)構(gòu)調(diào)變與性能調(diào)控[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十二屆全國(guó)量子化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2014年

9 閆皙;劉悅;;一種苯加氫制環(huán)己烯雙金屬催化劑的制備及性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第12分會(huì)：催化化學(xué)[C];2014年

10 陳金;管司宇;蘇培臻;陳莎莎;齊璞玉;方霄龍;袁友珠;;生物質(zhì)基介孔氮雜碳材料負(fù)載雙金屬催化劑用于糠醛催化加氫反應(yīng)的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第11分會(huì)：基礎(chǔ)化學(xué)教育[C];2014年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 百川;雙金屬催化劑降低燃料電池成本[N];中國(guó)化工報(bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 韓玉香;負(fù)載雙金屬催化劑的調(diào)控及其催化加氫性能研究[D];南京大學(xué);2013年

2 吳昊;CO_2重整甲烷Ni-Co雙金屬催化劑的研究[D];清華大學(xué);2016年

3 趙檸;新型硅膠負(fù)載型鉻釩雙金屬催化劑的制備及乙烯聚合研究[D];華東理工大學(xué);2014年

4 江濤;含鎳雙金屬催化劑上有/無(wú)外供氫條件下甘油氫解性能研究[D];華東理工大學(xué);2015年

5 Subasinghe Arachchillage Dilantha Thushara Subasinghe;BTP配體輔助的鈀-鎳雙金屬催化劑的制備及其在加氫和碳—碳耦聯(lián)反應(yīng)中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2017年

6 趙琳;鎳基和鎳鈷雙金屬催化劑用于乙醇重整制氫反應(yīng)的研究[D];天津大學(xué);2016年

7 范琛;鎳基、釕基雙金屬催化劑上甲烷脫氫與苯加氫反應(yīng)的密度泛函理論研究[D];華東理工大學(xué);2012年

8 陳曉麗;新型多金屬氧酸鹽和雙金屬催化劑的設(shè)計(jì)合成及其在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的催化性能研究[D];東北師范大學(xué);2016年

9 徐偉;氧化物表面負(fù)載Ti/Zr有機(jī)金屬催化劑及Pd/Cu雙金屬催化劑的制備和性能研究[D];陜西師范大學(xué);2015年

10 黃楊強(qiáng);碳負(fù)載貴金屬催化劑的制備及液相加氫性能研究[D];浙江大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉鵬;Ni-Co雙金屬催化劑的制備及其催化性能研究[D];西北大學(xué);2019年

2 董正玉;鐵錳雙金屬催化劑活化過(guò)硫酸鹽去除水中偶氮染料和雙酚A的研究[D];華僑大學(xué);2019年

3 羅瑤;有序介孔載體負(fù)載鎳基雙金屬催化劑的合成及其催化性能研究[D];華南理工大學(xué);2019年

4 杜俊謀;負(fù)載型Au-Cu雙金屬催化劑對(duì)5-羥甲基糠醛氧化酯化的研究[D];廈門(mén)大學(xué);2018年

5 秦皓;氮摻雜鉑基雙金屬催化劑的制備及乙醇電催化氧化性能研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2019年

6 仇昊;負(fù)載型核-殼結(jié)構(gòu)雙金屬催化劑的制備及其選擇性催化加氫性能研究[D];南京大學(xué);2019年

7 馬文茜;重油漿態(tài)床加氫石油酸系油溶性催化劑制備與評(píng)價(jià)[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2017年

8 馮陽(yáng);金基雙金屬催化劑TM-Au(TM=Fe,Co,Ni,Ru,Rh,Pd,Os,Ir or Pt)吸附小分子(O_2、CO)性能的理論研究[D];山西師范大學(xué);2018年

9 錢(qián)文濤;納米Fe/Ni雙金屬催化劑對(duì)水中氯代甲烷類(lèi)物質(zhì)和Cr(Ⅵ)的同步去除機(jī)理研究[D];湖南大學(xué);2016年

10 王yN洋;Pd-Ni雙金屬催化劑的制備、表征及脫氯性能的研究[D];昆明理工大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2757970