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液化石油气(LPG)具有燃烧热值高,能量密度大,商业化配送网络成熟等优点,在燃料电池和氢能源技术领域具有潜在的商业价值。氧化铝负载镍催化剂由于其价格低廉和较高的催化活性已被广泛应用于烷烃的重整反应。本文首次在无表面活性剂存在下,采用一锅部分水解无机盐方法制备了介孔γ-氧化铝负载的镍-镁及镍-铈氧化物材料,用于LPG低温水蒸气重整反应(预重整)。详细考察了制备方法、助剂、焙烧温度、镍含量等对材料结构、表面性质、还原性以及催化LPG预重整反应性能的影响。主要包含以下几方面内容:(1)采用硝酸盐部分水解法制备了高比表面积、大孔容、孔径分布狭窄的介孔γ-氧化铝负载的镍-镁氧化物(Ni O–Mg O/γ-MA)。Ni、Mg氧化物物种均匀分散于γ-氧化铝骨架中,还原后产生均匀分散的Ni纳米晶粒。与一步模板法和浸渍法相比,部分水解法获得的Ni O–Mg O/γ-MA材料具有更稳定的载体结构,并产生更小的Ni晶粒,对LPG预重整表现出更优的催化稳定性和抗积碳性能(2)详细考察了Mg O助剂对Ni O–Mg O/γ-MA材料结构、表面性质、Ni物种的分散性、Ni2+还原性质以及LPG重整反应性能影响。结果表明,Mg O加入显著改善了催化剂的表面性质和Ni晶粒的分散性,从而提高了催化剂的活性、稳定性以及抗积碳性能。(3)系统研究了焙烧温度对Ni O–Mg O/γ-MA物理化学性质以及LPG预重整反应性能影响。结果表明,Ni晶粒尺寸随焙烧温度提高而增大,奥氏熟化(Ostwald ripening)是Ni晶粒成长的主要机制;小尺寸Ni晶粒有利于LPG重整反应、体系中碳氧化物甲烷化反应和水气变换反应。此外,孔径均匀的介孔结构有利于反应物到达活性位,从而提高催化剂的活性和稳定性。(4)系统分析了Ni含量对Ni O–Mg O/γ-MA材料物理化学性质以及LPG预重整反应性能影响。Ni物种主要以Ni O形式均匀地分散于氧化铝表面,且Ni含量增加削弱了Ni物种与载体之间的相互作用。还原后的Ni晶粒尺寸随着Ni含量增加逐渐减小,当Ni含量达到18 wt%时达到最小值。LPG重整反应结果表明,催化剂活性主要依赖于Ni金属表面积;小尺寸Ni晶粒不仅有利于烷烃水蒸气重整反应、碳氧化物甲烷化反应和水气变换反应,还能抑制烷烃的热裂解,从而降低催化剂的积碳速率,提高催化剂的活性和稳定性。(5)通过部分水解法制备了铈氧化物修饰介孔γ-氧化铝负载的Ni氧化物(Ni O/Ce–γ-MA),并用于低水碳比(S/C=1.2)条件下的LPG重整反应。详细分析了Ce含量对催化剂结构、Ni物种与载体之间相互作用、Ni物种分散度以及Ni晶粒尺寸的影响。Ce O2加入显著改善了Ni物种的分散度,降低了Ni晶粒的尺寸,从而提高催化剂的催化性能。稳定性实验表明,Ce含量为7 wt%的Ni/Ce–γ-MA催化剂在S/C=1.2的条件下,经过100 h LPG重整反应后,催化剂活性和选择性几乎保持不变,也没有观察到明显的积炭。