本文關(guān)鍵詞：燃燒法制備Ni基甲烷化催化劑的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：天然氣具有低碳、清潔和高效的優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快以及節(jié)能減排政策的實(shí)施,天然氣的需求量正逐年增加。在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中,天然氣儲(chǔ)量有限,相比之下,煤的儲(chǔ)量則是最大的。將固態(tài)的煤轉(zhuǎn)化成氣態(tài)的合成氣,然后經(jīng)甲烷化反應(yīng)制備合成天然氣(SNG),將成為彌補(bǔ)我國(guó)天然氣短缺的一種有效手段。對(duì)于合成氣甲烷化反應(yīng),催化劑是該項(xiàng)技術(shù)的核心,合成氣甲烷化催化劑的研究對(duì)緩解我國(guó)的能源危機(jī)具有重要的戰(zhàn)略意義�？紤]到甲烷化反應(yīng)強(qiáng)放熱的特點(diǎn)以及催化劑制備的成本,Ni基催化劑是目前煤氣甲烷化反應(yīng)中應(yīng)用最為廣泛的。本文基于燃燒法制備了Ni/γ-Al2O3甲烷化催化劑,重點(diǎn)研究了制備條件、Ti助劑、Na助劑、Ce助劑的添加對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)、還原性、吸附性能和催化性能的影響。另外,初步探討了Mg、Mn和La助劑的添加對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)和催化性能的影響。研究了升溫速率和溶劑對(duì)催化劑性能的影響。采用燃燒法,在不同的升溫速率(2℃-min-1、5 ℃·min-1和10 ℃-min-1)和不同的溶劑中(乙醇、正丙醇和甘油)制備了Ni/γ-Al2O3催化劑。XRD和TEM的分析結(jié)果表明,升溫速率和溶劑對(duì)活性組分Ni在催化劑表面的分散性以及Ni顆粒的平均粒徑都有較大的影響。隨著升溫速率的增加,燃燒過程更加劇烈,使得Ni晶粒更容易團(tuán)聚形成較大的顆粒；不同溶劑燃燒時(shí)的放熱量和氣體溢出速率都不相同,也會(huì)對(duì)Ni顆粒的分散性和粒徑造成影響�；钚詼y(cè)試結(jié)果表明,在乙醇中以2℃·min-1的升溫速率制備的Ni/γ-Al2O3催化劑具有較佳的催化性能。研究了不同溶劑和Ti助劑對(duì)催化劑性能的影響。在不同的溶劑中(乙醇、正丙醇、乙二醇),采用燃燒法制備了Ti含量為1 wt%的Ni/γ-Al2O3催化劑。不同溶劑中制備的催化劑結(jié)構(gòu)有較大差異,在乙二醇中制備的催化劑上活性組分Ni具有更好的分散性和更集中的粒徑分布。活性測(cè)試結(jié)果表明,在乙二醇中制備的催化劑具有更好的催化性能。將乙二醇中制備的Ti含量為1 wt%的催化劑(G-1Ti)與不含Ti的催化劑(G-0Ti)進(jìn)行了對(duì)比�；钚栽u(píng)價(jià)結(jié)果表明,G-1 Ti催化劑的活性要優(yōu)于G-0Ti催化劑。XRD和HRTEM等的分析結(jié)果表明,Ti助劑的添加抑制了催化劑中NiAl2O4尖晶石的形成,從而提高了活性組分Ni的利用率,增強(qiáng)了催化劑對(duì)反應(yīng)物分子的吸附能力；Ti助劑的添加可以降低催化劑中Ni 2p3/2的結(jié)合能,有利于CO在催化劑表面的解離。進(jìn)一步增加Ti在催化劑中的含量,得到了Ti含量分別為1 wt%、3 wt%和5 wt%的G-1Ti、G-3Ti和G-5Ti催化劑。CO-TPD的分析結(jié)果表明,隨著Ti含量從1 wt%增加到3 wt%,催化劑的吸附能力得到很大提高,從而提高了催化劑在甲烷化反應(yīng)中的催化性能；當(dāng)Ti助劑的含量增加到5 wt%以后,過多的Ti會(huì)覆蓋催化劑的表面活性位,降低催化劑的吸附能力,導(dǎo)致催化劑活性下降�；钚詼y(cè)試結(jié)果表明Ti含量為3 wt%的G-3Ti催化劑具有較佳的催化性能。研究了Na助劑對(duì)催化劑性能的影響。采用燃燒法,在乙二醇和水的混合溶液中(乙二醇和水的體積比為1：1),制備了不同Na含量(0 wt%、2 wt%、4 wt%和6 wt%)的Ni/γ-Al2O3催化劑,采用N：低溫吸附、H2-TPR, XRD, TEM等表征方法對(duì)催化劑進(jìn)行了分析�；钚詼y(cè)試結(jié)果表明,Na的添加有利于提高催化劑在較高反應(yīng)溫度中的催化活性(300～340℃),其中Na含量為2 wt%的催化劑(G-2Na)具有較佳的催化性能。G-2Na催化劑中活性組分Ni的分散性更好,活性組分和載體之間相互作用適中,有利于提高催化劑的高溫活性和穩(wěn)定性。添加過量的Na助劑可能導(dǎo)致活性表面減少,從而降低了催化劑的活性。研究了Ce助劑對(duì)催化劑性能的影響。采用燃燒法,在乙二醇中制備了不同Ce含量的Ni/γ-Al2O3催化劑(Ce含量分別為0 wt%、2 wt%、4 wt%、6 wt%和8 wt%),通過N2低溫吸附、HRTEM、XRD、XPS、CO-TPD和TG等表征手段對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)和高溫反應(yīng)后的積碳情況進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ce的添加大幅度提高了催化劑的低溫活性。XRD和HRTEM的分析結(jié)果表明,Ce沒有進(jìn)入NiO的晶格,而是進(jìn)入了NiAl2O4尖晶石的晶格,形成了Ni-Ce-Al復(fù)合氧化物。Ce的添加促進(jìn)了活性組分Ni在催化劑表面的分散,得到了粒徑更小的Ni顆粒,增加了催化劑表面的活性位,提高了催化劑對(duì)反應(yīng)物分子的吸附能力；然而添加過多的Ce助劑會(huì)導(dǎo)致Ce覆蓋在催化劑表面的活性位上,降低催化劑的吸附性能。XPS的分析結(jié)果表明,Ce的添加可以降低催化劑中Ni 2p3/2的結(jié)合能,促進(jìn)CO在催化劑表面的解離,有利于提高催化劑的活性。在不添加水蒸氣的條件下對(duì)催化劑進(jìn)行了高溫性能測(cè)試,含有Ce的催化劑上CO的轉(zhuǎn)化率較高。對(duì)反應(yīng)前后的催化劑進(jìn)行XRD和TG表征,結(jié)果表明,Ce的添加可以提高催化劑在高溫反應(yīng)中的抗積碳性能。研究了Mg、Mn和La助劑對(duì)催化劑性能的影響。采用燃燒法,在乙二醇中分別制備了含有Mg、Mn和La的Ni/γ-Al2O3催化劑。Mg和Mn的添加會(huì)加強(qiáng)活性組分Ni和載體間的相互作用,增加催化劑中NiAl2O4尖晶石的含量,對(duì)催化劑在甲烷化反應(yīng)中的催化活性是不利的。La的添加可以削弱活性組分Ni和載體間的相互作用,抑制尖晶石的形成；含La的催化劑上Ni顆粒具有更好的分散性,提高了催化劑的吸附性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,La的添加提高了催化劑的活性,Mg和Mn的添加會(huì)降低催化劑的活性。
【關(guān)鍵詞】：甲烷化 Ni基催化劑 燃燒法 Ti Na Ce
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 前言14-16
• 1.1 研究背景14
• 1.2 研究目的14
• 1.3 研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)14-16
• 第2章 文獻(xiàn)綜述16-32
• 2.1 煤氣甲烷化反應(yīng)16
• 2.2 甲烷化催化劑16-23
• 2.2.1 活性組分17
• 2.2.2 載體17-18
• 2.2.3 助劑18
• 2.2.4 制備方法18-20
• 2.2.5 催化劑失活20-22
• 2.2.6 甲烷化催化劑發(fā)展現(xiàn)狀22-23
• 2.3 甲烷化反應(yīng)的機(jī)理及其動(dòng)力學(xué)23-24
• 2.3.1 甲烷化反應(yīng)機(jī)理23-24
• 2.3.2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)24
• 2.4 甲烷化反應(yīng)器及工藝24-28
• 2.4.1 甲烷化反應(yīng)器24-25
• 2.4.2 甲烷化工藝25-28
• 2.5 煤制天然氣工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀28-32
• 2.5.1 國(guó)外情況28-29
• 2.5.2 國(guó)內(nèi)情況29-31
• 2.5.3 影響因素31-32
• 第3章 實(shí)驗(yàn)部分32-42
• 3.1 催化劑制備32-34
• 3.1.1 試劑32
• 3.1.2 制備方法32-34
• 3.2 催化劑性能評(píng)價(jià)34-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)流程與設(shè)備34-36
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備36-37
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理37-40
• 3.3 催化劑表征40-42
• 3.3.1 氮?dú)獾蜏匚?N_2 adsorption-desorption)40
• 3.3.2 程序升溫還原(H_2-TPR)和脫附(CO-TPD)40-41
• 3.3.3 多晶X射線衍射(XRD)41
• 3.3.4 高倍透射電鏡(HRTEM、SAED及Mapping)41
• 3.3.5 X射線光電子能譜(XPS)41
• 3.3.6 熱重(TG)41-42
• 第4章 燃燒法制備Ni/γ-Al_2O_3催化劑及其催化甲烷化性能研究42-56
• 4.1 升溫速率對(duì)低溫催化性能的影響42-47
• 4.1.1 采用不同的升溫速率制備催化劑42
• 4.1.2 N_2低溫吸附42
• 4.1.3 XRD42-44
• 4.1.4 H_2-TPR44
• 4.1.5 TEM44
• 4.1.6 低溫催化活性評(píng)價(jià)44-47
• 4.2 不同溶劑對(duì)低溫催化性能的影響47-53
• 4.2.1 采用不同溶劑制備催化劑47-48
• 4.2.2 N_2低溫吸附48
• 4.2.3 XRD48-50
• 4.2.4 H_2-TPR50
• 4.2.5 TEM50
• 4.2.6 低溫催化活性評(píng)價(jià)50-53
• 4.3 E-2催化劑的高溫催化性能評(píng)價(jià)53
• 4.4 本章小結(jié)53-56
• 第5章 Ti助劑及溶劑對(duì)催化劑性能的影響56-75
• 5.1 溶劑對(duì)低溫催化性能的影響56-61
• 5.1.1 催化劑制備56
• 5.1.2 N_2低溫吸附56
• 5.1.3 TEM56-58
• 5.1.4 CO-TPD58-59
• 5.1.5 低溫催化活性評(píng)價(jià)59-61
• 5.2 Ti助劑對(duì)低溫催化性能的影響61-67
• 5.2.1 催化劑制備61
• 5.2.2 XRD61-62
• 5.2.3 H_2-TPR62
• 5.2.4 HRTEM,SAED及Mapping62-63
• 5.2.5 CO-TPD63-64
• 5.2.6 XPS64-65
• 5.2.7 低溫催化活性評(píng)價(jià)65-67
• 5.3 Ti含量對(duì)低溫催化性能的影響67-70
• 5.3.1 制備不同Ti含量的催化劑67
• 5.3.2 XPS67
• 5.3.3 CO-TPD67
• 5.3.4 低溫催化活性評(píng)價(jià)67-70
• 5.4 高溫催化性能評(píng)價(jià)70-73
• 5.4.1 高溫穩(wěn)定性測(cè)試70-71
• 5.4.2 N2低溫吸附71-72
• 5.4.3 XRD72-73
• 5.4.4 TG73
• 5.5 本章小結(jié)73-75
• 第6章 Na助劑對(duì)催化劑性能的影響75-84
• 6.1 Na助劑對(duì)低溫催化性能的影響75-79
• 6.1.1 催化劑制備75
• 6.1.2 N_2低溫吸附75
• 6.1.3 XRD75-76
• 6.1.4 TEM76-77
• 6.1.5 H_2-TPR77-79
• 6.1.6 低溫催化活性評(píng)價(jià)79
• 6.2 Na助劑對(duì)高溫催化性能的影響79-83
• 6.3 本章小結(jié)83-84
• 第7章 Ce助劑對(duì)催化劑性能的影響84-99
• 7.1 Ce助劑對(duì)低溫催化性能的影響84-93
• 7.1.1 催化劑制備84
• 7.1.2 N_2低溫吸附84
• 7.1.3 H_2-TPR84-85
• 7.1.4 XRD85-86
• 7.1.5 HRTEM86-88
• 7.1.6 低溫催化活性評(píng)價(jià)88-92
• 7.1.7 CO-TPD92
• 7.1.8 XPS92-93
• 7.2 Ce助劑對(duì)高溫催化性能的影響93-95
• 7.2.1 高溫穩(wěn)定性測(cè)試93
• 7.2.2 XRD93
• 7.2.3 TG93-95
• 7.3 本章小結(jié)95-99
• 第8章 Mg、Mn和La助劑對(duì)催化劑性能的影響99-105
• 8.1 Mg、Mn和La助劑對(duì)低溫催化性能的影響99-104
• 8.1.1 催化劑制備99
• 8.1.2 N_2低溫吸附99
• 8.1.3 XRD99-101
• 8.1.4 H_2-TPR101
• 8.1.5 TEM101
• 8.1.6 低溫催化活性評(píng)價(jià)101-104
• 8.2 高溫催化性能評(píng)價(jià)104
• 8.3 本章小結(jié)104-105
• 第9章 結(jié)論與展望105-107
• 9.1 催化劑制備條件優(yōu)化105
• 9.2 Ti助劑及溶劑對(duì)催化劑性能的影響105
• 9.3 Na助劑對(duì)催化劑性能的影響105-106
• 9.4 Ce助劑對(duì)催化劑性能的影響106
• 9.5 Mg、Mn和La助劑對(duì)催化劑性能的影響106
• 9.6 展望106-107
• 參考文獻(xiàn)107-116
• 致謝116-117
• 博士期間發(fā)表的主要論文117

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 程鳳宏,劉志芳;燃燒法測(cè)定鍍鉻液中硫酸[J];理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè));2005年09期

2 趙元平;;用《燃燒法》凈化有害氣體[J];環(huán)境工程;1983年03期

3 酈楷元;;用土設(shè)備進(jìn)行燃燒法測(cè)定硫的一些技術(shù)問題[J];河北冶金;1959年18期

4 ;用燃燒法測(cè)定硫的自制臥式管狀爐[J];化學(xué)世界;1959年09期

5 《硫酸生產(chǎn)分析測(cè)定規(guī)程》試驗(yàn)小組;燃燒法測(cè)定硫鐵礦中有效硫的改進(jìn)[J];硫酸工業(yè);1979年02期

6 益田信雄;王春福;;液中燃燒法[J];工業(yè)爐通訊;1980年01期

7 ;美呼吸燃燒法[J];男生女生(銀版);2008年05期

8 劉成文;周碧珍;;有機(jī)化合物中氮的快速微量測(cè)定——套管燃燒法[J];化學(xué)通報(bào);1964年03期

9 ;噴射固體硫磺顆粒燃燒法熔渣爐制酸[J];硫酸工業(yè);1974年02期

10 ;電弧引燃燃燒法測(cè)定鋼鐵中碳和硫[J];分析化學(xué);1975年06期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王輝東;;就地燃燒法在深海地平線溢油清理中的應(yīng)用[A];2010年船舶防污染學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

2 楊國(guó)平;宮本奎;李勝利;孫良成;李靜;朱新德;;溶膠凝膠自燃燒法制備摻雜鉻酸鑭的工藝研究[A];中國(guó)稀土學(xué)會(huì)第一屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

3 陳瑩;崔巍;陳克新;;燃燒法快速合成氮化硅:銪及其發(fā)光性能[A];第十七屆全國(guó)高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集[C];2012年

4 翟永清;楊國(guó)忠;周雪玲;劉紅梅;;甘氨酸燃燒法合成Sr_2CeO_4熒光粉的影響因素研究[A];第六屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（1）[C];2007年

5 易華兵;彭天右;李思敏;曾威;;燃燒法合成CuAl_2O_4及其光催化性能的研究[A];第六屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（7）[C];2007年

6 張恒;陳允忠;董巧燕;;液相燃燒法合成YAG粉體的研究[A];2006年全國(guó)功能材料學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C];2006年

7 王玨;聶文花;謝平波;;用燃燒法制備的形貌可控的CaAl12O19:Mn4+熒光粉的制備及性質(zhì)研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 方海燕;程繼貴;楊俊芳;李健;蔣秋妹;;檸檬酸燃燒法制備NiO/Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)粉體及其性能表征[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第6分冊(cè)）[C];2010年

9 孫華君;陳文;徐慶;周靜;何政;劉曉芳;;以溶膠-自燃燒法合成PZT為基制備PMZN壓電陶瓷[A];中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2003年

10 石士考;王繼業(yè);王麗華;;燃燒法合成Eu~(2+)激活的BaMgAl_(10)O_(17)藍(lán)色熒光粉[A];第九屆全國(guó)發(fā)光學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2001年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 楊澤富;填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白 打破國(guó)際壟斷[N];市場(chǎng)報(bào);2001年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 蔣毓文;溶膠凝膠自燃燒法合成幾種納米材料[D];南京大學(xué);2012年

2 曾艷;燃燒法制備Ni基甲烷化催化劑的研究[D];華東理工大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 郭名勇;溶液燃燒法合成Co-Cu-Mn-Fe系納米晶黑色陶瓷色料及性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 劉建秀;Zn_(1-x)Cd_xS及其復(fù)合材料的制備與性能研究[D];聊城大學(xué);2015年

3 劉申飛;溶液燃燒法合成Li_3V_2(PO_4)_3/C工藝研究[D];成都理工大學(xué);2013年

4 楊勇;燃燒法合成稀土離子摻雜熒光材料[D];河北大學(xué);2006年

5 杜吉勇;燃燒法制備超細(xì)鎵酸鎂的研究[D];山東輕工業(yè)學(xué)院;2009年

6 王欣;新型稀土多硅酸鹽發(fā)光材料的凝膠—燃燒法制備及性能研究[D];河北大學(xué);2011年

7 朱燕;二元和三元金屬氧化物的溶液燃燒法制備、表征和性能研究[D];安徽師范大學(xué);2011年

8 吳駿飛;白光LED用紅色熒光粉的鹽助噴霧燃燒法合成與表征[D];南昌大學(xué);2013年

9 解育娟;甘氨酸鹽燃燒法制備BaFe_(12)O_(19)納米粉末及其性能的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2009年

10 姚山山;白光二極管（WLED）硅酸鹽、鋁酸鹽熒光粉的燃燒法制備及其發(fā)光性能的研究[D];中南民族大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：燃燒法制備Ni基甲烷化催化劑的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：340236