水凝胶法制备Ni/ZrO_2催化剂及其CO_2加氢甲烷化性能研究

【摘要】：随着科技的发展,工业的发达,人民生活水平的提高,伴随着一次性能源的过渡开发利用,使得全球的CO2排放量急剧增加,引发温室效应及全球的生态异常,导致全球的生态环境等问题日益严峻突出。同时随着石油、煤炭等一次性能源的日益枯竭,而天然气等洁净能源的需求的缺口不断攀升,加上工业中排放的大量CO2所引起的生态、环境等问题日益严重。为此,寻求一种能有效降低或减少CO2的排放,增加CO2的转化利用并能并补充全球天然气需求缺口的方法已经迫在眉睫,同时其带来的社会效益和经济效益也将非常显著。而目前CO2催化加氢甲烷化已经成为国内研究者们的一个热点方向。 甲烷化催化剂在CO2加氢甲烷化反应中的低温活性普遍较差,转化率也不高,为了能降低催化剂的起活温度,增加C02的转化率,并简化催化剂制备操作,节约催化剂制备成本。本论文根据硝酸盐特性,采用水凝胶法制备CO2加氢甲烷化催化剂。并从催化剂制备条件、活性组分含量和助剂的含量等因素对CO2加氢甲烷化催化剂进行了研究。 本论文采用水凝胶法制备出CO2加氢甲烷化催化剂,操作简便、方法简单,制备过程中无需添加其他原料,不会引入其他杂质。对合成的催化剂通过使用XRD、H2-TPR、CO2-TPD和TEM等对其微观结构进行表征,并考察其CO2加氢甲烷化的性能。结果表明,水凝胶法制备的催化剂焙烧后ZrO2载体呈无定形结构,催化剂中的NiO对ZrO2载体形成无定形态有促进作用；在使用H2还原的过程中,无定形ZrO2转变为四方晶相并且对镍进行再次分散,Ni与ZrO2之间的电子作用抑制了Ni晶粒生长和ZrO2晶型的转变；无定形的ZrO2表面会形成更多的空穴位,易于与更多的Ni产生界面效应,促进Ni的分散。 催化剂在65℃下加热搅拌成胶,在450℃时焙烧并在400℃下用H2还原后,催化活性达到最高。在H2/CO2体积比为4、体积空速为10000h-1、反应压力为0.5MPa的评价条件下,反应温度达到200℃时催化剂开始起活,CO2转化率达到27%以上,在反应温度为280-320℉时,CO2转化率达到99%以上,甲烷选择性92%。 【关键词】：水凝胶 镍基催化剂 二氧化锆 二氧化碳甲烷化
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X701;TQ426
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文献综述8-28
• 1.1 引言8-9
• 1.2 CO_29-17
• 1.3 天然气资源17-20
• 1.4 甲烷化催化剂20-27
• 1.5 本论文的研究思路27
• 1.6 本论文的创新内容27-28
• 第二章 实验部分28-40
• 2.1 实验药品与制备设备28-30
• 2.2 评价装置的搭建30-33
• 2.3 实验校正33-35
• 2.4 催化剂的制备及评价方法35-38
• 2.5 催化剂的表征手段38-40
• 第三章 Ni-ZrO_2催化剂制备条件的选择40-48
• 3.1 成胶温度的影响40-42
• 3.2 焙烧温度的影响42-45
• 3.3 小结45-48
• 第四章 Ni-ZrO_2催化剂的结构表征和催化性能48-58
• 4.1 XRD48-50
• 4.2 H_2-TPR50-52
• 4.3 CO_2-TPD52-53
• 4.4 TEM53
• 4.5 活性评价53-55
• 4.6 小结55-58
• 第五章 Ce对Ni-ZrO_2催化剂性能的影响58-66
• 5.1 XRD58-59
• 5.2 SEM59-60
• 5.3 H_2-TPR60-62
• 5.4 CO_2-TPD62-63
• 5.5 活性评价63-64
• 5.6 小结64-66
• 第六章 La对Ni-ZrO_2催化剂性能的影响66-72
• 6.1 XRD66-67
• 6.2 H_2-TPR67-69
• 5.3 CO_2-TPD69-70
• 6.4 活性评价70-71
• 6.5 小结71-72
• 第七章 结论72-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-81
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果目录81

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