《Ni基催化劑作用下CH4/CO2重整反應體系中的積碳問題》是依託太原理工大學，由王寶俊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Ni基催化劑作用下CH4/CO2重整反應體系中的積碳問題
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王寶俊
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
Ni基催化劑作用下的CH4/CO2重整是煤化工過程中的一個重要反應。Ni催化劑由於低廉的價格、良好的活性和選擇性成為套用和研究的重點，但也存在積碳嚴重的明顯缺點。使用負載型Ni基雙金屬催化劑實現對反應機理的調控，是解決積碳問題的可行途徑。本項目採用量子化學DFT理論計算和結構表征相結合的方法，建立積碳生成的微觀動力學，在電子水平上闡明積碳問題的微觀原因，闡明催化劑的成分、組成、微晶和表面結構等主要因素與抗積碳性能的構效關係；建立簡化金屬-載體相互作用的電子氣模型，闡明載體對催化劑活性的影響；通過闡明過渡金屬d軌道分布與抗積碳性能的關係，闡明反應體系的小分子在催化劑表面不同位點和晶面上的吸附、共吸附、解離和脫附的微觀特性，豐富過渡金屬催化的分子軌道理論；建立反應動力學微觀參量與催化劑巨觀可評價性能的關係，為Ni基催化劑的篩選和改性，以及有針對性地設計新型催化劑，提供基本的理論線索。
結題摘要
CH4/CO2重整是煤化工過程中的重要反應。Ni催化劑由於低廉的價格、良好的活性和選擇性成為套用和研究的重點，但也存在積碳嚴重的明顯缺點，制約著Ni基催化劑的高效使用。使用負載型Ni基雙金屬催化劑實現對反應機理的調控，是解決積碳問題的可行途徑。CH4/CO2重整反應中積碳形成的主要路徑是CH4解離生成熱解C，熱解C集聚進而形成積碳，適度降低CH4熱解的活性可以抑制積碳的生成；反應體系中存在原子O（源於CO2解離）與熱解C生成CO或CHx生成CHxO再經脫氫生成CO的反應可以消除積碳；此外，減慢熱解C在催化劑表面的遷移速率，可以使得熱解C不能集聚進而阻止積碳生成。本項目主要採用量子化學DFT理論計算方法結合實驗和表征手段，基於以上3種研究思路，分別以積碳的抑制、消除和阻止這3種方式來解決積碳問題。這3種解決積碳問題方式的實現最終都將落實到調變Ni基催化劑的成分、比例、微晶和表面結構以及載體等主要結構因素，使其既具備抗積碳性能，又保持催化活性不明顯降低。研究結果在電子-分子水平上闡明了積碳問題；獲得了影響催化劑活性的主要因素與抗積碳性能的關係；建立了簡化金屬-載體相互作用的電子氣模型；闡述了過渡金屬d軌道分布與抗積碳性能的關係，豐富了過渡金屬催化的分子軌道理論；建立了反應動力學微觀參量與催化劑巨觀可評價性能的關係，篩選出一批具有抗積碳性能的催化劑結構，如表面偏聚的NiCu、NiCo/MgO（氧缺陷）、NiCu/MgO（氧缺陷）和NiCo/γ-Al2O3（非尖晶石型）等，尤其是表面偏聚的NiCu和NiCo/γ-Al2O3抗積碳性能良好；提出了調變催化劑結構可以解決積碳問題的基本認識，並在電子-分子水平上闡述了抑制、消除和阻止積碳生成的反應機理，為Ni基催化劑的改性、篩選以及有針對性地設計新型催化劑提出了具有理論基礎的研究線索。
