论文部分内容阅读
作为三大化石燃料之一，天然气具有储量丰富、清洁的优点，而且伴随着页岩气开采技术的突破，天然气的开采量在逐步增加，所以，如何高效的转化和利用甲烷已成为大家研究的热点。与其他甲烷转化利用技术相比，甲烷干气重整(DRM)因为可以利用含有CO2杂质的天然气为原料生产合成气而受到越来越多的关注。
积碳是DRM中最严重的问题，La2O3因具有优异的抗积碳能力而受到广泛的研究，但是La2O3存在比表面积较小的缺点。针对这个缺点，本文首先设计了一种合成大比表面积的有序介孔La2O3载体的新方法，并采用该载体制备了相应的Ni/La2O3催化剂，然后将该催化剂应用于DRM。结果表明，由于介孔La2O3载体较大的比表面积和结构的限域效应，有效的促进了活性组分Ni的分散并抑制其烧结，介孔Ni/La2O3催化剂在DRM反应过程中具有非常好的活性和稳定性。为了更好的探究CO2在反应过程中的作用，本文还对在Ni和La2O3的界面处CO2的活化机理进行了探究，为Ni/La2O3催化剂在DRM中的双位点反应机理提供了新的认识。发现Ni和La2O3的界面可以促进生成双齿碳酸根，而且双齿碳酸根可以和积碳前驱体反应从而抑制积碳的生成。制备的介孔Ni/La2O3催化剂通过促进Ni的分散增加了Ni和La2O3界面位点的数目，因此拥有更强的抑制碳沉积的能力。
其次，针对La2O3改性Ni/Al2O3催化剂时导致Ni被包覆而难以被还原的问题，本文采用La2O2CO3改性Ni/Al2O3催化剂的新方法来避免Ni被包覆。实验结果表明，用La2O2CO3来改性Ni/Al2O3催化剂时，La2O2CO3可以阻止Ni进入Al2O3的次表层和NiAl2O4的形成，使得更多的Ni得以被还原，暴露更多的Ni活性位点，提高催化剂的活性。同时La在氧化铝表面可以覆盖氧化铝表面的酸性位点，增加催化剂的碱性，从而促进二氧化碳的吸附和活化，抑制了积碳的生成。通过这样的改性方法可以同时提高催化剂反应活性和稳定性，为新型干气重整催化剂的研发提供了思路。
积碳是DRM中最严重的问题，La2O3因具有优异的抗积碳能力而受到广泛的研究，但是La2O3存在比表面积较小的缺点。针对这个缺点，本文首先设计了一种合成大比表面积的有序介孔La2O3载体的新方法，并采用该载体制备了相应的Ni/La2O3催化剂，然后将该催化剂应用于DRM。结果表明，由于介孔La2O3载体较大的比表面积和结构的限域效应，有效的促进了活性组分Ni的分散并抑制其烧结，介孔Ni/La2O3催化剂在DRM反应过程中具有非常好的活性和稳定性。为了更好的探究CO2在反应过程中的作用，本文还对在Ni和La2O3的界面处CO2的活化机理进行了探究，为Ni/La2O3催化剂在DRM中的双位点反应机理提供了新的认识。发现Ni和La2O3的界面可以促进生成双齿碳酸根，而且双齿碳酸根可以和积碳前驱体反应从而抑制积碳的生成。制备的介孔Ni/La2O3催化剂通过促进Ni的分散增加了Ni和La2O3界面位点的数目，因此拥有更强的抑制碳沉积的能力。
其次，针对La2O3改性Ni/Al2O3催化剂时导致Ni被包覆而难以被还原的问题，本文采用La2O2CO3改性Ni/Al2O3催化剂的新方法来避免Ni被包覆。实验结果表明，用La2O2CO3来改性Ni/Al2O3催化剂时，La2O2CO3可以阻止Ni进入Al2O3的次表层和NiAl2O4的形成，使得更多的Ni得以被还原，暴露更多的Ni活性位点，提高催化剂的活性。同时La在氧化铝表面可以覆盖氧化铝表面的酸性位点，增加催化剂的碱性，从而促进二氧化碳的吸附和活化，抑制了积碳的生成。通过这样的改性方法可以同时提高催化剂反应活性和稳定性，为新型干气重整催化剂的研发提供了思路。