氧化镧修饰的高比表面镍基催化剂在甲烷二氧化碳催化重整反应中的应用

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现代社会的生产和生活方式对化石能源的需求越来越旺盛,寻求可行方法实现CO2的转化利用能够缓解日益严重的温室效应和能源紧缺问题。CRM是实现CO2资源化的一种最有前景的途径,它将两种主要的温室气体(CO2和CH4)转化为H2/CO比接近1的合成气,可以直接作为费托合成工艺的原料。然而,CRM仍然面临着许多的困难和挑战,其中最主要的是催化剂的烧结和积碳导致失活。研究表明,催化剂的形貌、助剂以及制备方法等对催化性能均具有着深远影响。本论文以镍基催化剂为基本研究对象,探究了La2O3助剂修饰量、Ni负载量、溶剂和催化剂的形貌等对催化剂的催化性能的影响,并分析了它们对催化剂的酸碱性、活性金属的粒径和金属-载体相互作用等性质的影响。第一部分,本论文在利用具有大比表面和丰富孔结构性质的KIT-6分子筛作为载体的基础上,使用碱性氧化物助剂La2O3,制备了不同负载量的Ni/La2O3/KIT-6催化剂。表征结果显示,La2O3助剂提高了金属-载体相互作用,促进了Ni纳米颗粒的分散并抑制了烧结,同时,La2O3助剂增强了催化剂对CO2的吸附和活化能力,抑制了积碳,改善了Ni基催化剂的催化性能。其中,6%Ni/10%La2O3/KIT-6催化剂展现出了最高的催化活性,并在稳定性测试中表现出了较强的耐受性和抗积碳性能。第二部分,本论文使用溶胶-凝胶法制备了三种不同形貌的LaNiO3钙钛矿催化剂,对比研究了催化剂的形貌对催化重整反应性能的影响,并分析了钙钛矿结构和催化剂形貌对Ni纳米颗粒的粒径和分散等方面的影响。表征结果显示,钙钛矿结构促进了Ni颗粒的分散并抑制了Ni颗粒的迁移,催化剂的孔结构限制了Ni纳米颗粒的长大,同时,金属-载体强相互作用抑制了Ni纳米颗粒烧结,催化剂还原后,镧物种增强了催化剂的碱性,促进了反应物的转化,抑制了催化剂的积碳,其中,P-LaNiO3催化剂的多孔结构使其在抑制催化剂烧结和积碳方面表现突出,因而表现出了更好的催化性能。较文献报道的二维介孔分子筛SBA-15负载的Ni基催化剂,La2O3的修饰和载体丰富的孔道结构进一步促进了Ni/La2O3/KIT-6催化剂中Ni颗粒的分散、抑制了Ni颗粒的烧结,并提高了的金属-载体相互作用,同时,La2O3增强了催化剂对CO2的吸附和活化能力,抑制了积碳,从而提高了Ni催化剂的催化性能。此外,催化剂的催化性能还与La2O3修饰量、催化剂的形貌和制备方法等因素有关。较文献报道的棒状La2O3负载的Ni基催化剂,介孔LaNiO3钙钛矿催化剂拥有更大的比表面积与更强的结构稳定性,更大地发挥了La2O3助剂的优势,促进了催化剂的分散,抑制了催化剂的烧结和积碳,展现出了更加优异的催化性能。
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