Ni/CeO2前驱体分解方法对CO甲烷化活性的影响

CO甲烷化制备合成天然气是煤化工的重要过程之一, 也是合成氨过程和燃料电池除去痕量CO的重要反应. CO甲烷化催化剂包括贵金属催化剂和镍基催化剂. 其中, 镍基催化剂由于具有较好的活性以及较低的成本受到广泛的重视. 目前, 镍基CO甲烷化催化剂仍需解决的问题是提高低温活性以及抗积碳性能. 目前的改进方法主要包括: (1)控制催化剂尺寸; (2)控制催化剂结构; (3)提高Ni-载体的相互作用; (4)使用结构可控的载体; (5)改进载体性质. 其中, 通过控制催化剂尺寸来控制催化剂结构是一种有效的改进方式. 使用冷等离子体来分解镍前驱体是一种快速有效的制备尺寸小、分散度好的镍基催化剂的方法.本...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in催化学报 Vol. 40; no. 4; pp. 495 - 503
Main Authors 张晓珊, 芮宁, 贾忻宇, 胡雪, 刘昌俊
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 天津大学化工学院天津化学化工协同创新中心,天津,300072 2019
Subjects
一氧化碳
Plasma
Methanation
甲烷化
氧化铈
等离子体
Nickel
CeO2
合成气
Carbon monoxide
镍
Syngas
Online AccessGet full text
ISSN0253-9837

Cover

More Information
Summary:CO甲烷化制备合成天然气是煤化工的重要过程之一, 也是合成氨过程和燃料电池除去痕量CO的重要反应. CO甲烷化催化剂包括贵金属催化剂和镍基催化剂. 其中, 镍基催化剂由于具有较好的活性以及较低的成本受到广泛的重视. 目前, 镍基CO甲烷化催化剂仍需解决的问题是提高低温活性以及抗积碳性能. 目前的改进方法主要包括: (1)控制催化剂尺寸; (2)控制催化剂结构; (3)提高Ni-载体的相互作用; (4)使用结构可控的载体; (5)改进载体性质. 其中, 通过控制催化剂尺寸来控制催化剂结构是一种有效的改进方式. 使用冷等离子体来分解镍前驱体是一种快速有效的制备尺寸小、分散度好的镍基催化剂的方法.本文使用常压介质阻挡放电等离子体(150 °C左右)分解硝酸镍前驱体, 得到的催化剂再经过500 °C氢气还原得到高分散Ni/CeO2催化剂. 作为对比, 同时采用常规热焙烧方法分解硝酸镍制备了催化剂. 对催化剂进行了X射线衍射(XRD)、CO脉冲化学吸附、CO程序升温脱附(CO-TPD)、CO红外漫反射光谱(CO-DFTIR)及X射线光电子能谱(XPS)等分析, 同时进行了CO甲烷化反应活性和300 °C下稳定性测试, 发现等离子体分解制备得到的催化剂具有更好的CO低温甲烷化性能、更高的CH4选择性、更好的低温稳定性和抗积碳性能. 在250 °C时, 等离子体分解法制备的催化剂上的CO转化率能达到96.8%, CH4选择性接近100%, 但是热焙烧分解制备的催化剂上却只有14.7%的CO转化率. 在低温(300 °C)稳定性测试中, 等离子体分解制备的催化剂具有优异的稳定性. 与常规热焙烧方法得到的催化剂相比, 等离子体制备得到的催化剂具有高的Ni分散度、更高的CO吸附性能以及更强的金属-载体相互作用. 由于金属-载体相互作用被加强, 部分电子由载体转移到金属Ni上,增强了金属与CO反键π轨道之间的电子密度, C–O键更易断裂, 有利于甲烷化的发生. 此外, XPS分析表明等离子体制备的催化剂表面有更多的Ce3+, 证明了更多氧空位的存在. 在Ni-载体界面上CO的O原子更容易被CeO2的氧空位捕获而解离. 更高的分散度提供了更多的Ni比表面积, 也有利于加氢过程的进行, 从而提高甲烷化活性. CO甲烷化稳定性测试之后催化剂的TG-DSC表征结果表明, 等离子体分解制备的催化剂具有更少的积碳及更多的活性镍组分, 同时催化剂上
ISSN:0253-9837