本文關(guān)鍵詞：甲烷二氧化碳重整催化劑的設(shè)計(jì)、構(gòu)建與性能研究　出處：《內(nèi)蒙古大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：甲烷二氧化碳重整工藝對(duì)消除溫室氣體、合理利用工業(yè)尾氣資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。本論文針對(duì)目前甲烷二氧化碳重整催化劑還存在的一些亟待解決的問(wèn)題,開(kāi)發(fā)新的催化體系,設(shè)計(jì)新的催化劑制備方法,對(duì)傳統(tǒng)催化劑進(jìn)行重新探討等,為催化劑的設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性提升提供借鑒。主要取得了如下研究結(jié)果:(1)發(fā)現(xiàn)單金屬M(fèi)o_2N以及雙金屬Ni_3Mo_3N和Co_3Mo_3N催化劑具有甲烷二氧化碳重整活性,三種催化劑均為反應(yīng)活性相。相比于單金屬催化劑Mo_2N,雙金屬催化劑尤其是Co_3Mo_3N,表現(xiàn)出了更好的活性、穩(wěn)定性和抗氧化性。結(jié)合XPS、TPD、TPSR和反應(yīng)速率等結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),加入第二金屬(Ni或Co)到Mo_2N的間隙結(jié)構(gòu)中,構(gòu)建了原子水平接觸和分散的雙金屬催化體系,該體系既可以增強(qiáng)甲烷解離能力,又可改變雙金屬氮化物催化劑活性中心的化學(xué)環(huán)境,進(jìn)而產(chǎn)生金屬間的協(xié)同作用;雙金屬氮化物的吸附中心轉(zhuǎn)移到了更高的溫度區(qū)間,可以在800 ℃反應(yīng)條件下在催化劑表面上吸附更多的反應(yīng)物分子,有利于提高催化劑的反應(yīng)活性。此外,催化性能最好的Co_3Mo_3N催化劑,協(xié)同作用最強(qiáng),催化劑表面活性中心上大致相等的反應(yīng)物吸附能力和活化程度有助于建立CH_4和CO_2的吸附消耗平衡,降低催化劑氧化和積炭可能性,從而提高穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)與目前文獻(xiàn)報(bào)道的催化劑進(jìn)行比較,Co_3Mo_3N催化劑的催化性能較好,有一定開(kāi)發(fā)前景。(2)發(fā)現(xiàn)了一種利用載體相變誘導(dǎo)和活性金屬原子遷移效應(yīng)制備高效、高穩(wěn)定性重整催化劑的新方法。選擇不同類型在高溫條件下可以直接發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變的氧化物或者復(fù)合氧化物,如TiO_2、ZrO_2以及CaSiO_3等,以及高溫脫羥基發(fā)生相轉(zhuǎn)變的天然礦物高嶺土(Kaolinite)作為載體,制備高分散、強(qiáng)錨定的納米級(jí)鎳基催化劑。通過(guò)控制載體相變引起的結(jié)構(gòu)重排和活性組分的還原同步進(jìn)行,一方面減小了活性金屬尺寸,提高了催化劑的金屬分散度,進(jìn)而提高了催化劑的活性;另一方面增強(qiáng)了金屬載體相互作用,也即金屬在載體表面的錨定作用,提高了催化劑的高溫抗金屬遷移能力,從而提高了催化劑的穩(wěn)定性。此外,對(duì)Ni/TiO_2-TB催化劑活性組分不同負(fù)載量下該方法的有效性進(jìn)行探究,發(fā)現(xiàn)在負(fù)載量為5%到1_3%之間時(shí),新方法有效。而對(duì)于負(fù)載量低于_3%或高于15%,新方法卻沒(méi)有表現(xiàn)出性能優(yōu)勢(shì)。(3)研究了活性組分還原溫度對(duì)Ni/Al_20_3催化劑運(yùn)行穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)低的還原條件下活性組分分散度高,650℃還原催化劑可穩(wěn)定運(yùn)行_2000 h,這是目前該體系得到的最好結(jié)果。(4)系統(tǒng)研究了鑭系元素氧化物(La、Ce、Pr、Nd和Sm)在以鋁柱撐蒙脫土為載體上的Co/Al-PILM系列催化劑中的助劑效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)不同稀土元素助劑作用差別較大,會(huì)不同程度的影響催化劑活性金屬物種的顆粒大小、金屬分散度、高溫還原性能以及催化劑后續(xù)的催化活性和積炭性能;不同稀土元素在催化劑上的分布有顯著差異,而這種差異會(huì)影響活性金屬與稀土的相互作用,繼而影響金屬與載體間的相互作用。
[Abstract]:In this paper , a new catalytic system has been developed to eliminate greenhouse gases and reasonably utilize industrial tail gas resources and protect ecological environment . ( 2 ) A new method for preparing high efficiency and high stability reforming catalyst by using carrier phase change induction and active metal atom transfer effect has been discovered . The effect of different types of oxides or complex oxides , such as TiO _ 2 , ZrO _ 2 and CaSiO _ 3 , on the operation stability of Ni / TiO _ 2 - TB catalyst is studied .

【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O643.36

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1381071