Ni-M(La,Ce,Fe,Co)/ZrO_2-蒙脱土复合催化剂制备及其用于甲烷化反应的催化性能研究

【摘要】以高炉气中一氧化碳或二氧化碳与氢气为原料制备天然气,一方面可以减少碳排放,缓解环境压力；另一方面可以减轻我国天然气缺乏的状况,具有重要的现实意义。本研究以硝酸氧锆和蒙脱土为原料,在水热条件下,制备了Zr02-蒙脱土复合载体材料,采用等体积浸渍法制备了Ni/ZrO2-蒙脱土系列催化剂和Ni-M(La,Ce,Fe,Co)/ZrO2-蒙脱土系列催化剂。对复合载体和催化剂进行了X射线衍射分析(XRD),比表面和孔结构分析,透射电镜分析(TEM),程序升温还原分析(TPR),EDS分析和热重-差热分析(TG-DTA)等分析手段进行了表征。对催化剂的CO和CO2甲烷化性能进行了研究,反应评价装置为管式反应器,CO甲烷化反应条件为：常压,温度300-500℃,空速10000h-1,H2/CO摩尔比为3。CO2甲烷化反应条件：常压,温度300-500℃,空速12000h-1,H2/CO2摩尔比为4。研究的具体内容和研究结果如下：1.在ZrO2-蒙脱土复合载体材料中,随着Zr含量的增大,蒙脱土中部分铝元素在酸性条件下被溶出,载体的比表面积和孔体积逐渐增大,但蒙脱土的层状结构基本保持完好,氧化锆在蒙脱土片状结构上分散均匀。2.随着Zr含量的增大以及蒙脱土中铝元素的减少,催化剂中难还原的活性组分含量减少,Zr的加入有助于提高CO甲烷化的转化率和甲烷选择性；但对C02甲烷化反应,在450℃以下,转化率随锆含量增加而减少,超过450℃转化率随锆含量增加而有增大趋势,在300-500℃范围内,甲烷选择性随锆含量增加有增加趋势；Zr的添加有利于提高CO和CO2甲烷化反应的稳定性和抗积碳能力。3.掺杂不同金属元素的Ni-M(La,Ce,Fe,Co)/ZrO2-蒙脱土系列催化剂与不掺杂金属元素的催化剂相比,比表面积变化不大,孔体积有所减小；金属元素的掺杂改变了NiO的还原温度,使催化剂中难还原的镍物种减少。4.对CO甲烷化,掺杂过渡金属和稀土金属元素有利于CO的转化率和甲烷选择性的提高,其中添加Ce和Co效果最好；但对于CO2甲烷化反应,在低于450℃时,掺杂过渡金属和稀土金属元素后,对CO2转化率不利,超过450℃对提高CO2转化率有利,Fe元素的添加有利于提高甲烷选择性,而Ce元素对甲烷选择性不利。
【作者】路怀良；
【导师】杨绪壮；
【作者基本信息】内蒙古大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】蒙脱土；甲烷化；过渡金属；稀土金属；

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