《氧化鋁限域鎳基催化劑的構建及其甲烷化反應性能研究》是依託太原理工大學，由閆曉亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氧化鋁限域鎳基催化劑的構建及其甲烷化反應性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：閆曉亮
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
課題依據煤制天然氣行業中對負載型鎳基催化劑材料的抗燒結和耐硫性能的技術進步需求，製備結構新穎的氧化鋁限域鎳基催化劑材料。利用含鋁的金屬有機框架材料、活性金屬鎳及助劑（鉬等）前驅體，通過碳化-氧化過程一次合成具有高比表面積和優良孔道特性的氧化鋁限域鎳基催化劑。探討前驅體種類、各組分含量及碳化-氧化溫度對催化劑物化性質的影響，並研究其在甲烷化反應過程中的催化活性、抗燒結和耐硫性能。立足於高效甲烷化催化劑的設計，從製備參數控制和材料結構性能研究中，揭示金屬-載體間的相互作用，深入理解氧化鋁鎳基催化劑的電子限域與幾何限域。通過對其在甲烷化反應中的催化性能研究，探索催化劑本徵結構與抗燒結和耐硫性能之間的內在聯繫，為抗燒結和耐硫性鎳基氧化鋁催化劑的製備提供理論基礎和新的技術方法。
結題摘要
煤經合成氣制天然氣（甲烷化）反應中鎳基催化劑的抗燒結和耐硫性能至關重要，在此基礎上研究人員依據本項目設計、合成出了層狀氧化鋁限域鎳基催化。採用MIL-53 (Al) 為鋁源和模板，藉助等體積浸漬法將鎳離子浸漬到模板的孔道中，經過不同溫度焙燒，原位還原合成了限域多層鎳鋁催化劑。通過對催化劑形貌結構表徵得出其繼承了模板三維層狀結構，活性金屬鎳均勻分散到催化劑載體層間，與載體形成兩個作用界面，且金屬-載體相互作用力隨著焙燒溫度的升高而增強。在高溫焙燒後的催化劑仍具有較大的比表面積和介孔結構，並且在氫氣還原後仍能保持良好的孔結構和較大的比表面積，此結構的催化劑有利於甲烷化反應過程中物質傳遞和熱量擴散。與常規方法製備的鎳鋁催化劑相比，高溫焙燒所得限域鎳基催化劑顯示出更好的CO甲烷化反應活性和穩定性，主要是由於限域結構和金屬-載體間強相互作用力很好地抑制了高溫放熱反應過程中顆粒因團聚長大而造成的失活；同時提高了該限域催化劑的抗積碳燒結性能。通過在限域鎳基催化劑中引入Mo和Ir在一定程度上提高了催化劑的抗硫毒化性能。但是，限域鎳基催化劑仍面臨著在CO甲烷化反應中硫中毒失活的問題；且在石油化工、煤化工領域負載型鎳基催化劑也面臨著硫中毒所造成活性和穩定性降低的失活問題。硫毒化後的催化劑通過再生過程可重新使用，但再生過程較為複雜，若不經過再生過程，毒化後的催化劑則只能廢棄，造成環境污染等問題。以鎳鋁催化劑為模型將其徹底硫毒化使其失活，在使用CdS量子點作為吸光劑的情況下，被硫毒化的鎳鋁催化劑表現出了良好的光催化水分解制氫效率。這主要是由於硫化鎳和氧化鋁載體協同作用，提高了光催化反應過程中電子和空穴的分離效率。該項研究為硫毒化後的負載型金屬基催化劑再利用開闢了新途徑。
