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介孔Ni/CeO_2催化剂的制备及其对水煤气变换反应中的催化性能研究

【摘要】: 由于介孔材料具有独特的电学、化学和催化特性而备受关注,其高的比表面有望实现活性组分的高分散,在催化领域具有很大的应用潜力。水煤气变换反应作为燃料电池制氢系统中的重要环节重新受到广泛关注。镍铈氧化物催化剂对高温水煤气变换具有高活性,但选择性较差。本工作希望能够通过制备高比表面的介孔催化剂,提高活性组分的分散度,增强活性组分与载体的作用力,实现催化剂的高活性和良好的选择性。 本文以介孔CeO_2为载体,采用浸渍(包含硝酸镍溶液和镍氨络合溶液)法、有机模板(包含阳离子表面活性剂CTAB和非离子表面活性剂P123)一步合成法,分别制备了Ni/CeO_2介孔催化剂,并对以上制备方法进行了筛选和条件优化,并得到以下实验结果: 1.在不同的制备方法中,以P123为模板剂、PEO为助模板剂制得的催化剂相对而言介孔结构较为规整,孔径分布较为集中,平均孔径为2.4 nm,比表面积为214 m2/g。该催化剂经过10%硝酸处理后,在反应温度为400℃、质量空速约为60000 cm3·gcat-1·h-1的重整气中,CO转化率高达81%,甲烷的生成率大约为9%。而其他方法制备的催化剂,经酸处理之后,活性组分镍大量流失,CO转化率在30%以下。 2.在pH值分别为10.0、11.5、13.0的条件下,以P123为模板合成的催化剂,在高pH值条件下制备介孔催化剂,有利于形成高比表面的介孔结构;pH值增加,有利于镍进入二氧化铈晶格,增强了氧活动能力,有助于水煤气反应的氧化还原过程的进行,因而具有更高的活性。 3.在老化时间分别为0、1、3天的条件下,以P123为模板剂制备介孔5wt%Ni/CeO_2催化剂,表征和测试结果发现,未经老化处理的催化剂表现出很高的活性和良好的选择性。 4.在450℃、500℃和550℃下煅烧5wt%Ni/CeO_2前躯体后,经测试发现,焙烧温度升高,催化剂颗粒聚集,孔结构发生坍塌,比表面从214.2 m~2/g降到了165 m~2/g。CO转化率也随焙烧温度升高而降低、甲烷化略有增加。 5.对P123一步合成的催化剂在60000~160000 cm3·gcat~(-1)·h~(-1)的质量空速下进行活性测试表明:随着空速不断升高,CO转化率有所下降,但在160000 cm~3·gcat~(-1)·h~(-1)的质量空速下仍能保持75%的CO转化率,甲烷的收率也由9%降到了4%。

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