甲烷二氧化碳重整反应过程中吸附剂的选择与性能评价

在甲烷二氧化碳重整(DRM)过程中,吸附剂的选择和性能至关重要。吸附剂需具备良好的物理和化学稳定性、高吸附容量与选择性、适宜的热力学与动力学特性,以及可再生性和经济性。常见吸附剂类型包括金属氧化物、沸石和活性炭等,它们各有特点和性能。吸附剂性能评价方法多样,包括实验室评价方法如吸附等温线、热重分析(TGA)和微量热法,以及模拟与计算评价方法如分子模拟和过程模拟。这些评价方法有助于优化吸附剂的选择和DRM过程的效率。

不同气氛焙烧CeO_(2)负载镍基催化剂的制备及其催化甲烷二氧化碳重整反应性能研究

350℃直接煅烧硝酸铈得到颗粒状CeO_(2)载体,在不同气氛(Air、NH_(3)、N_(2)和H_(2))下焙烧CeO_(2)载体,采用浸渍法制备Ni/CeO_(2)系列催化剂,通过XRD和XPS研究了催化剂结构,并进行甲烷二氧化碳重整反应性能测试。结果表明,高温氮化处理的CeO_(2)载体中掺杂碱性N助剂,能够提高活性金属Ni分散度、降低Ni颗粒大小,增强金属-载体相互作用,从而提高了催化剂稳定性。

光热协同催化甲烷二氧化碳重整反应研究进展

在光热协同催化条件下的甲烷二氧化碳重整(CRM)反应耦合了光效应和热效应,可在低温下反应生成合成气(CO和H_(2)),减少碳排放的同时将太阳能转化为化学能储存起来,是实现双碳目标的有效策略之一。催化剂是光热协同催化CRM反应的核心,同时调控热催化活性中心(活性金属)的结构性质和吸光材料(载体)的光学特性以及活性组分与吸光材料的协同作用,使光热协同催化剂的热催化性能及光催化性能同时得到提高,是研发高效光热协同催化剂的有效途径之一。介绍了光热协同催化CRM反应的机理及相关金属催化剂和半导体材料的研究进展,并展望了其未来发展趋势。

甲烷二氧化碳重整催化剂及其制备方法

本发明涉及一种甲烷二氧化碳重整催化剂及其制备方法,属于重整催化剂技术领域。本发明所述的甲烷二氧化碳重整催化剂,结构为A/La_(x)Ce_(1-x)NiO_(3)。其中A为碱金属或碱土金属,0≤x≤1。本发明所述的甲烷二氧化碳重整催化剂,用于甲烷二氧化碳反应过程中可有效避免积碳的产生,同时其稳定性较高,有效避免失活;本发明同时提供了简单易行的制备方法。

一种抗积碳型甲烷二氧化碳重整催化剂及其制备方法

本发明属于催化剂材料制备领域,具体涉及一种抗积碳型甲烷二氧化碳重整催化剂,并进一步公开其制备方法。本发明所述抗积碳型甲烷二氧化碳重整催化剂,以可溶性碱金属盐、可溶性碱土金属盐或可溶镧盐、以及可溶性镍盐为原料,在络合剂存在下,通过凝胶溶胶法制得钙钛矿氧化物,之后采用溶胶溶胶法、溶剂热法将Ce负载在钙钛矿氧化物表面,得到Ce负载的钙钛矿氧化物催化剂。本发明所述催化剂在甲烷二氧化碳重整反应过程中催化剂表面的积碳能够快速消除,从而使得催化剂的抗积碳能力和稳定性明显提升,且用于催化甲烷二氧化碳重整反应效果优于传统甲烷二氧化碳重整反应催化剂。

甲烷与二氧化碳重整制取合成气研究进展

甲烷 二氧化碳重整制取高附加值合成气的过程是近十几年来世界范围的研究热点之一,该过程的研究具有重要的理论和实际意义。本文综述了甲烷 二氧化碳重整制取合成气反应的进展,对重整催化剂、积炭过程、非常规供能方式在重整反应中的应用等进行了讨论和分析。

镍负载量对Ni/MgO(111)催化甲烷二氧化碳重整反应性能影响

研究了Mg O(111)负载镍基催化剂催化甲烷二氧化碳重整反应性能,针对镍负载量对反应活性和稳定性的影响进行了探讨。结果表明,随着镍负载量从2%增加到10%,催化剂的活性和稳定性均有所提高,但是当镍负载量进一步增加到20%时,催化剂的活性和稳定性略有下降。利用透射电子显微镜、X射线衍射和H2吸附脱附等手段对催化剂结构进行了表征,利用热重分析、拉曼光谱和透射电镜等手段对反应后回收的催化剂进行了表征。研究发现,随着镍负载量的增大,活性金属镍的颗粒粒径呈现增长趋势,并且在反应过程中显示出不同的失活方式。2%Ni/Mg O(111)催化剂的失活原因主要以Ni粒子的氧化为主,而负载量大于2%的Ni/Mg O(111)催化剂的失活原因则是以积炭为主。

碳化终温对碳化钼的制备及甲烷二氧化碳重整催化性能的影响

以MoO3为前驱物,于20%CH4-80%H2的混合气体(100mL/min)中,在不同设定终温下进行碳化,制备了一系列不同碳化终温的Mo2C,通过XRD和XPS等手段进行了表征,并对其甲烷二氧化碳重整(DMR)制备合成气的催化性能进行评价,讨论了碳化终温作为Mo2C的制备参数,与所制备的Mo2C体相、表面特征和催化剂性能的关系.结果表明,碳化终温在700℃以上制得的Mo2C催化剂晶相为较纯的β-Mo2C,随着碳化终温的升高,催化剂碳化程度不断提高,表面的自由碳不断增多,碳化终温为800℃时为最佳,所制备的Mo2C催化剂碳化程度较高,表现出最佳的催化性能,同时催化剂表面自由碳较为适量,促进了Mo2C催化剂的碳化和氧化平衡,有利于催化剂的活性和稳定性.

羟基磷灰石负载Ni催化剂中Ni含量对催化甲烷二氧化碳重整制合成气性能的影响

以低温沉淀方法制备的羟基磷灰石(HAp)为载体,采用浸渍法制备了一系列不同Ni含量的Ni/HAp催化剂,并采用BET、H2-TPR、XRD、SEM、FT-IR、TEM和TG-DTA技术对催化剂进行了表征。结果表明,NiO含量为13%的催化剂表现出最好的催化甲烷二氧化碳重整制合成气活性,在850℃、空速3.6×104mL/(h·gcat)的反应条件下,甲烷和二氧化碳的转化率在10 h内分别稳定在72%和83%。这主要归因于催化剂中金属和载体之间的强相互作用。虽然反应后的催化剂表面有少量的积炭,但这些积炭多以丝状炭存在,并不会影响催化剂的活性和稳定性。

α-和γ-环糊精改性法制备的Ni/SBA-15催化剂的物化性质及其在甲烷二氧化碳重整中的催化性能（英文）

以多羟基有机物α-或γ-环糊精为分散促进剂制备了Ni/SBA-15催化剂,通过N2吸附-脱附、X射线衍射、透射电镜、程序升温还原和热重等手段对该催化剂的物理化学性质进行了表征,并将其应用于甲烷二氧化碳重整(CRM)制合成气反应.结果显示,与采用传统浸渍法制备的Ni/SBA-15催化剂相比,采用α-或γ-环糊精改性法制备的催化剂具有更小的Ni O颗粒,并在CRM中显示出更高的催化活性及更强的抗积碳性能.机理研究表明,采用传统浸渍法制备Ni/SBA-15催化剂时,浸渍液中的Ni2+主要在浓度梯度的作用下逐渐进入到SBA-15孔道内部,Ni2+水合物容易团聚,分散程度较低;而采用α-或γ-环糊精改性方法制备催化剂时,在水溶液中Ni2+与环糊精形成包覆物,环糊精携带Ni2+进入SBA-15孔道内,并且环糊精的存在使得Ni2+之间相互隔离,以高度分散形态存在于SBA-15孔道表面,有利于后续热处理中Ni O在载体上较好地分散.

用于甲烷二氧化碳重整新型催化材料的研究进展

甲烷二氧化碳重整因具有环境保护与资源利用的双重效益而备受关注,与其相关的催化材料研究取得了巨大进步。本文回顾了甲烷二氧化碳重整反应催化剂研究方面的主要工作,概述了近年来该领域中新型催化材料的研究进展。

助剂MgO对甲烷二氧化碳重整Co/BaTiO_3催化剂催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法在Co/BaTiO3催化剂中引入助剂MgO,考察了其对甲烷二氧化碳重整Co/BaTiO3催化剂的催化反应性能的影响,利用X射线衍射仪(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)对催化剂进行了表征,结果表明,助剂MgO使钴催化剂中的活性Co2O3组分增多,还原性和分散性能较好;在n(CO2)∶n(CH4)为1∶1、气相空速(GHSV)为12 000 h-1、反应温度为700℃的条件下,催化剂Co-MgO/BaTiO3表现出良好的催化性能,且反应初期甲烷转化率可达到94.87%,CO选择性可达85.21%,H2收率可达74.08%。

Ni-Sm_x/SiC催化剂甲烷二氧化碳重整性能研究

用浸渍法制备了不同钐含量的Ni-Sm_x/SiC催化剂,其中,镍的质量分数为9%,氧化钐的质量分数分别为0、2%、3%、4%、5%、7%。采用常压微型固定床反应器考察了不同催化剂在甲烷二氧化碳重整反应中的催化性能,并用BET、ICP、XRD、H2-TPR、TG-DTA、XPS和TEM等技术对反应前后催化剂进行表征。结果表明,加入钐后,重整反应中甲烷和二氧化碳转化率明显提高。当钐含量为5%时,Ni-Sm5/SiC表现出最好的活性和稳定性,而且反应后催化剂表面积炭量最少。其原因是钐的加入提高了活性组分与载体的相互作用,有效减少了表面积炭、提高了催化剂的稳定性。

甲烷二氧化碳重整制合成气中积炭效应的数值模拟

通过建立包含动量、质量传递以及化学反应动力学方程的多物理场耦合数值模型,对以Ni为催化剂的甲烷二氧化碳重整制合成气过程中的积炭效应展开了计算。计算结果阐明了包含多孔介质催化剂段的反应通道中的速度场及压力分布,以及在通道中随气体流动以及沉积在催化剂表面的碳颗粒的浓度分布,分析了积炭对催化剂孔隙率和渗透率的影响,并进一步讨论了甲烷浓度以及温度对积炭产生的影响,最后提出了消减积炭的方法。本文的结论对于进一步研究Ni基催化剂在CH4-CO2重整制合成气反应中积炭效应的消减有一定的指导意义。

甲烷二氧化碳重整反应中催化剂的抗积炭性能研究进展

概述了甲烷的二氧化碳重整反应中催化剂抗积炭性能的最新研究进展,介绍了主要的非贵金属催化剂体系,详细分析了载体、助剂等的选择和性质对催化剂的抗积炭性能、稳定性以及活性的影响。

原位共沉淀法制备Ni-Mg-Al-LDHs/γ-Al_2O_3催化前驱体在甲烷二氧化碳重整反应体系中的性能评价（英文）

通过原位共沉淀的方法在γ-Al2O3表面上合成了Ni-Mg-Al-LDHs(水滑石),合成的Ni-Mg-Al-LDHs/γ-Al2O3作为催化前驱体经过不同的热处理还原方式得到催化剂Cat-1、Cat-2和Cat-3.用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、N2吸附-脱附测试(BET)以及热重-差热分析(TG-DTA)对催化剂的形貌结构和抗积碳能力进行了表征测试;通过甲烷二氧化碳重整反应体系对催化剂的反应活性和稳定性进行了评价.结果表明催化剂前驱体的预处理方式对催化剂的反应性能具有较大的影响.Ni-Mg-Al-LDHs/γ-Al2O3直接经过H2/Ar常压高频冷等离子体炬的分解还原所获得的催化剂Cat-3表现出了最佳的催化活性和稳定性.TEM表征表明催化活性组分在Cat-3上的分散性更好,颗粒粒径更小.BET结果证明Cat-3具备较大的比表面积(195.8 m2?g-1).Ni-Mg-Al水滑石的结构赋予了催化剂活性组分在载体γ-Al2O3上均匀的分散性,同时常压高频冷等离体炬对催化剂的表面结构以及活性组分的还原具有进一步的优化作用,两者的协同作用使Ni-Mg-Al-LDHs/γ-Al2O3在甲烷二氧化碳反应体系中具备优良的催化活性和抗积碳性能.

镍基上甲烷与二氧化碳脱氢重整机理的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)及二级微扰(MP2)方法对使用镍基催化剂上甲烷的逐步脱氢后与CO2发生重整反应制合成气的机理进行了研究.计算结果表明,甲烷进行4步脱氢后生成镍基碳,同时释放出氢气,镍基碳再与CO2反应生成CO.反应分5步进行,其焓变分别为-104.310,52.501,55.135,315.602,-202.164 kJ/mol.5步反应的活化能表明第1步和第5步反应较易进行,反应的速控步骤是第4步,其正反应的活化能为577.610 kJ/mol.

限域型甲烷二氧化碳重整催化新材料研究现状

不断增加的二氧化碳排放量,对生态系统造成了严重威胁,二氧化碳主要来源于煤和石油燃烧。甲烷是页岩气和天然气的主要成分,是生产液体燃料和高价值化学品的重要原料,但也是一种温室气体,甲烷的温室效应约为二氧化碳的25倍。甲烷二氧化碳重整技术因将甲烷和二氧化碳同时转化为合成气CO和H_(2)而备受关注,但反应过程中会导致催化剂的烧结和聚集,设计制备抗积碳、抗烧结性能优越的催化剂是甲烷二氧化碳重整反应亟待解决的关键问题。从限域角度出发,设计性能优异的催化剂并应用于化学反应备受关注。介绍了多种限域型高性能甲烷二氧化碳重整催化剂的研究现状,分别为孔道限域催化剂、核壳限域催化剂、晶格限域催化剂、表面空间限域催化剂和多重限域催化剂,并对其应用于甲烷二氧化碳重整反应的性能进行了阐述,最后对限域策略应用于高性能重整催化剂开发的未来发展方向进行了展望。孔道限域影响反应物种和活性中心的可接近性、催化剂的活性表面积以及结构的稳定性;核壳限域使反应物与活性中心接触更好,增强了与活性中心的相互作用;晶格限域可以有效将贵金属或非贵金属锚定在排列规律的空间骨架上,提高活性中心的分散度;表面空间限域催化剂具有高比表面积,高度有序的孔结构和窄孔径分布(在纳米范围内)的中孔载体可以提供大量的催化活性位点并稳定金属纳米颗粒;多重限域可以将活性中心限域在催化剂中,降低其暴露程度,提高催化剂的抗积碳能力。限域型催化剂被广泛应用于催化剂的设计制备过程,限域为催化反应体系提供了一个(物理或化学)约束环境,这为未来理性设计高热稳定催化剂提供了思路。未来有望通过限域效应(特别是表面空间限域和多重限域策略)来调控设计催化剂应用于高温高压甲烷二氧化碳重整反应,进一步深入探究催化剂应用于二氧化碳重整反应机理(二氧化碳如何为甲烷提供活泼氧),为甲烷二氧化碳重整反应的工业应用提供新的催化剂。

Ce-SBA-15负载镍催化剂对甲烷二氧化碳重整反应性能研究

通过水热法合成了一系列Ce-SBA-15的介孔材料,并采取满孔浸渍法负载5%Ni(质量百分比),合成了不同的镍基催化剂.用X-射线衍射、透射电镜、N2物理吸附脱附、H2-程序升温还原等方法对其表征,考察了其甲烷二氧化碳重整制合成气的催化活性.结果表明:Ce进入了SBA-15的硅骨架,但Ce的掺入使孔道的孔径发生变化;CeO2的氧循环功能提高了催化剂的抗积碳性能;由于孔道的限域效应,活性金属的分散度随着铈含量的增加而增大,使催化剂活性提高.

催化剂Ni-CeO_2的制备及其在甲烷二氧化碳重整反应中的催化性能

以立方体和颗粒状CeO_2为载体制备了Ni基催化剂,运用TEM,XRD,N_2物理吸附-脱附和H_2-TPD等对Ni-CeO_2进行了表征,在固定床反应器上评价了其催化CRM反应性能.催化剂回收并采用TG,TEM和拉曼光谱等进行了表征,评价了其烧结和积碳性能.结果表明:较颗粒Ni-CeO_2催化剂,具有特殊(200)晶面的立方体Ni-CeO_2催化剂的催化活性和稳定性更佳.载体CeO_2立方体的形貌和特殊晶面对镍基催化剂在甲烷二氧化碳重整反应性能具有良好的促进作用.