Ni/TPC催化剂的制备、表征及在秸秆热解燃气重整中的应用（英文）

以废弃汽车外轮胎热解后的副产物轮胎热解焦(Tyre pyrolysis char,TPC)为原料,利用均匀沉淀法制备以轮胎焦为载体的负载型Ni/TPC催化剂,采用EDX、SEM、XRD、TG、BET手段对催化剂进行了表征与分析,同时使用管式炉测试了Ni/TPC催化剂在秸秆热解燃气重整中的催化性能,并考察了热解温度、保温时间、镍负载量及催化时间对秸秆热解燃气重整效果的影响。研究结果表明,TPC富含焦和金属,Ni/TPC催化剂分散均匀,热稳定性好,比表面积为62 m2/g。催化剂活性测试显示,Ni/TPC催化剂用于作物秸秆热解燃气重整具有很强的催化活性,可显著提高燃气中可燃气体含量;热解温度在750℃、保温时间10 min、30%的Ni负载量时Ni/TPC催化剂的催化效率最高,连续使用850 min后,燃气中的H_2含量仍相对提高到50%以上,长时间使用后活性结构由Ni_3ZnC_(0.7)转变成FeNi_3,催化活性依然较强且趋于稳定,TPC可以作为良好的新型镍基催化剂载体。     

Ni/Zr-MOF催化剂的制备及其在生物质热解中的应用

通过均匀沉淀法制备了以锆-金属有机骨架化合物(Zr-metal organic framework,Zr-MOF)为载体的Ni/Zr-MOF催化剂,并用于湿污泥和秸秆混合催化热解实验。采用元素分析、X射线荧光光谱(XRF)、热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和N_2吸附-脱附等温(BET)对载体和催化剂进行表征分析,通过一系列实验来探讨热解温度、秸秆添加量和Ni负载量对于湿污泥和秸秆混合催化热解制备富氢合成气的影响。结果表明,Zr-MOF载体颗粒均匀呈八面体,比表面积高达805.93 m~2/g,平均孔径为20.14 nm,为介孔结构。Ni/Zr-M OF催化剂具有较高的热稳定性和催化活性。与不添加催化剂相比,使用Ni/Zr-MOF催化剂在500℃下热解,H_2的产量从0.39 mol/kg显著提高到12.65 mol/kg。随着热解温度的升高,催化剂出现团聚现象,同时在反复使用之后其表面产生了少量的积炭,导致催化剂催化活性逐渐降低。因此,Ni/Zr-MOF催化剂适用于生物质低温催化热解。     

NiO-Fe_2O_3/PG-γ-Al_2O_3催化剂的制备及其在秸秆热解中的应用

通过沉积沉淀法与均匀沉淀法制备以坡缕石与伽马氧化铝(Palygorskite-Gamma Alumina,PG-γ-Al_2O_3)为复合载体的负载型NiO-Fe_2O_3/PG-γ-Al_2O_3催化剂,采用了EDX、XRD、SEM、N2等温吸附-脱附等手段对催化剂进行了表征与分析。同时利用管式炉考察了NiO-Fe_2O_3/PG-γ-Al_2O_3催化剂在作物秸秆热解中的催化性能和再生使用寿命及抗积炭能力,并与两种单载体催化剂(NiO-Fe_2O_3/PG,NiO-Fe_2O_3/γ-Al_2O_3)进行了比较。结果表明,PG-γ-Al_2O_3复合载体比表面积达134.21 m2/g,平均孔径为39.65 nm。NiO-Fe_2O_3/PG-γ-Al_2O_3催化剂活性组分负载均匀,分散较好且催化剂中同时存在镍铁合金与镍铝尖晶石结构。催化剂活性测试显示,NiO-Fe_2O_3/PG-γ-Al_2O_3催化剂用于作物秸秆热解具有极高的催化活性,能够显著提高产品燃气品质、燃气中的CO与H2含量和燃气热值;相比单载体催化剂其催化活性好,再生效果佳,抗积炭能力较强。     

镍基整体式催化剂上生物质粗燃气重整调变的特性研究

采用浸渍法制备了Ni基整体式催化剂,考察了不同条件(温度、时间、空速、水蒸气添加等)对催化剂上生物质粗燃气重整反应性能的影响。结果表明,催化剂在较低温度下(≤500 ℃)只具有CO加氢反应活性,随着反应温度的升高粗燃气重整反应逐渐进行,在800 ℃以上,CH₄和C₂转化率均高达95 %以上,CO₂转化率达到92%,但随着反应空速和水蒸气添加量的增加,CH₄和CO₂等转化率呈现缓慢降低的趋势。此外,通过改变水蒸气添加量可对合成气中H₂/CO体积比在0.85~4.00进行较好调节。结合XRD表征发现,Ni基整体式催化剂中Ni°的生成可较好地促进重整反应的进行。     

Ni/TiO_2-Al_2O_3催化剂的制备及其在甘油水蒸汽重整制合成气中的应用

采用分步浸渍法制备了TiO2修饰和金属离子(M=Ce2+,La2+,Mn2+,Zr2+,Cd2+)掺杂的Ni基催化剂Catw Ni和Catw Ni/M,其结构和性能经XRD和H2-TPR表征。以甘油水蒸汽重整制合成气为探针反应,考察了TiO2修饰量(w),M,原料液配比r[V(甘油)∶V(水)]及时空速率(LHSV)对Catw Ni/M催化甘油重整反应性能的影响。结果表明:TiO2修饰可适当提高催化剂在甘油重整反应中的催化活性和合成气收率;Cat12Ni具有较佳的催化活性(甘油转化率80%)。M的掺杂是通过降低Ni与载体之间的相互作用以实现催化剂活性的提高(Cat12Ni/M可使甘油的转化率提高至94%以上);掺杂Ce和La可促进Catw Ni在重整反应过程的水气变换反应,而Mn和Cd的掺杂有利于合成气的生成。增加r和LHSV,可使甘油水蒸汽重整制合成气的收率得以提高,但不利于催化剂的稳定性能。     

Ni基催化剂催化燃油重整耦合选择性催化还原NOx反应

分别以La₂O₂CO₃, CeO₂, ZrO₂和Al₂O₃为载体, 采用浸渍法制备了Ni基重整催化剂, 并以正十二烷模拟车载燃油进行催化重整反应以同时制备小分子碳氢化合物(HCs)和H₂, 考察了其在4wt%Ag/Al₂O₃上选择性催化还原(HC-SCR)氮氧化物(NO_x)的性能. 采用N₂吸附-脱附、X射线粉末衍射、H₂程序升温还原和热重等手段对Ni基催化剂进行了表征. 结果表明, 随着重整催化剂氧化还原性能增强, 产物中H₂浓度增加, 可参与SCR反应的HCs含量减少, 从而导致重整-SCR耦合体系上NO_x净化活性温度窗口向低温移动, NO_x最高转化率降低. Ni/ZrO₂+Ag/Al₂O₃耦合体系中H₂/HCs符合SCR反应所需的最优比例, 在柴油车典型排气温度范围内表现出良好的NO_x净化能力. 同时, 在Ni/ZrO₂+Ag/Al₂O₃耦合体系上考察了其燃油重整-SCR的活性稳定性. 结果显示, 重整催化剂的耐久性有待进一步提高.     

等离子体处理制备对甲烷重整Ni基催化剂抗积炭性能的改进

对于甲烷重整反应,Ni基催化剂具有与贵金属催化剂相当的活性,但其易于积炭失活.本文总结了辉光放电等离子体处理制备CO2甲烷重整Ni催化剂以提高催化剂抗积炭性能的研究进展.比较表明,辉光放电等离子体处理制备的Ni催化剂,Ni颗粒较小,分散性更好,密集平面增加,且Ni活性组分与载体相互作用加强.这些变化导致Ni催化剂抗积炭性能改善.     

制备条件对用于甘油蒸汽重整反应Ni基催化剂性能的影响

研究了制备参数对用于甘油蒸汽重整反应的Ni基催化剂性能的影响。采用过量浸渍法、等体积浸渍法和改进的平衡沉积过滤(EDF)法制备了一系列Al2O3负载的8 wt%Ni催化剂,运用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体光谱仪、N2吸附-脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜和H2程序升温还原(TPR)表征了催化剂的表面和体相性质;采用CHN分析仪和SEM表征了使用后催化剂以测定其表面沉积的碳及其形貌。结果表明,制备方法对所制催化剂的织构、结构和表面性质影响很大,导致氧化铝表面Ni物种的分散和种类的不同。即使XRD和TPR结果证实形成了铝酸镍晶相,但Ni/Al-edf催化剂中β峰的贡献大于其它两个催化剂的,表明在这种情况下铝酸镍更容易还原。在550 oC以上CO2选择性增加和CO选择性不变,表明Ni/Al-wet和Ni/Al-edf催化剂可成功催化水汽变换反应。另外,650oC时Ni/Al-edf催化剂上甘油生成气相产物的转化率、氢气产率以及烯丙醇、乙醛和乙酸选择性最高,且它在所有催化剂中的积炭量也最低。将催化剂结构性质、分散度和还原性与其催化性能相关联,发现EDF法制得的催化剂比表面积和活性相分散度更高,更易被还原,因而其活性和生成H2的选择性更高,也更抗积碳。     

等离子体引入方式对强化制备二氧化碳重整甲烷反应的Ni/γ-Al2O3催化剂的影响

采用等离子体技术强化制备了Ni/γ-Al2O3催化剂, 以CO2重整CH4为模型反应考察了等离子体引入方式对催化剂性能的影响, 并采用H2-TPR, BET, CO2-TPD, XRD, CO2-TPSR, TGA及XPS技术对催化剂进行了表征. 研究结果表明, 与常规焙烧的催化剂相比, 在氢气还原过程前引入氮气等离子体处理能有效提高催化剂的低温反应活性. N2气等离子体处理使前驱体中的硝酸盐能在温和条件下分解, 并使催化剂具有较强的还原能力和较大的比表面积. 先进行N2气等离子体处理再进行H2气还原的催化剂, 其活性组分的分散度显著提高, 对CO2的吸附量也明显增加, 并且反应后催化剂上的积炭量比常规催化剂上的显著降低, 形成比较单一的碳物种.     

不同载体Ni基催化剂生物质热解气甲烷化反应性能

采用浸渍法制备了Ni金属负载在不同载体(SiO2、ZrO2、CeO2、Al2O3和Al2O3-CeO2)表面形成的催化剂,研究了水蒸气和载体对生物质热解气甲烷化反应性能的影响。结果表明,随着水蒸气量的增加CO转化率逐渐增大,而甲烷选择性呈现先增加后降低的变化趋势,当nw ater/ngas比值为0.26时达到最大。载体Al2O3相比SiO2、ZrO2和CeO2具有更大的比表面积和Ni金属分散度,促进了生物质热解气甲烷化反应活性和选择性。相比于Ni-Al2O3催化剂,Al2O3-CeO2复合载体具有更多的镍金属负载量活性金属分散度,以及最好的低温甲烷化反应性能。在300℃的低温条件下,Ni-Al2O3-CeO2催化剂的CO转化率达到97%,CH4增长率达到110%。     

介孔Ni/MgO催化剂催化水蒸气重整生物质油制氢

采用水热法制备了介孔MgO作为催化剂的载体,并制备了介孔Ni/MgO催化剂。利用N₂吸附-脱附、XRD、H₂-TPR等对样品进行表征,并考察了介孔Ni/MgO催化水蒸气重整糠醛、生物质油模型物和两种商用生物质油制氢的活性。结果表明,在介孔Ni/MgO催化剂催化水蒸气重整糠醛制氢反应中,随着反应温度的提高,水蒸气重整糠醛中糠醛的转化率、氢气的产率和氢气的选择性,都呈现递增的趋势。在反应温度提高到600℃时,糠醛的转化率和氢气的产率分别达到94.9%和83.2%。Ni/MgO催化水蒸气重整二组分模拟生物质油,糠醛/乙酸、糠醛/羟基丙酮制氢的反应中,氢气的产率分别达到87.3%和86.8%,均高于水蒸气重整糠醛反应中氢气的产率。由此表明,乙酸或羟基丙酮的存在,提高了模拟生物质油中主要有机物组分糠醛的转化率,并相应地提高了氢气的产率。在水蒸气重整商用生物质油制氢反应中,随着反应物水碳比(S/C(molar ratio)=5、10、15、20、25)的提高,主要有机物的转化率、氢气的产率和选择性呈现出增加的趋势。在水碳比为20时,两种生物质油的主要有机...     

镍基催化剂上乙醇水蒸气重整反应的研究

考察了载体对Ni催化剂乙醇水蒸气重整制氢反应性能的影响。结果表明,Ni/CeO2催化剂具有较好的低温活性和氢气选择性。对Ni担载量和焙烧温度考察发现,400℃焙烧的15%NiCeO2催化剂具有较好的催化性能;继续升高焙烧温度引起NiO和CeO2粒子的显著增大,导致对氢气选择性的降低。较小的Ni和CeO2粒子有利于乙醇水汽重整反应的进行,而大的粒子倾向于乙醇的分解反应。 350℃时,在反应过程中分别添加CO、CO2和CH4的结果表明没有发生CO和CO2甲烷化反应,而发生了一定程度的CH4水汽重整反应。     

Ni/MgO catalyst prepared using atmospheric high-frequency discharge plasma for CO2 reforming of methane

A new type of Ni/MgO catalyst was prepared using atmospheric high-frequency discharge cold plasma. The influences of conventional method, plasma method, and plasma plus calcination method on the catalytic activity were studied and the CO2 reforming of methane was chosen as the probe reaction. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy, and CO2 temperature-programmed surface reaction techniques. The results suggested that the nickel-based catalyst prepared by plasma plus calcination method possessed a smaller particle size and a higher dispersion of active component, better low-temperature activity and enhanced anti-coking ability. The conversion of CO2 and CH4 was 90.70% and 89.37%, respectively, and the reaction lasted for 36 h without obvious deactivation under 101.325 kPa and 750°C with CO2/CH4 = 1/1.     

Effect of calcination temperature on structure and performance of Ni/TiO2-SiO2 catalyst for CO2 reforming of methane

The influence of calcination temperature on the structure and catalytic behavior of Ni/TiO2-SiO2 catalyst, for CO2 reforming of methane to synthesis gas under atmospheric pressure, was investigated. The results showed that the Ni/TiO2-SiO2 catalyst calcined at 700 ℃ had high and stable activity while the catalysts calcined at 550 and 850 ℃ had low and unstable activity. Depending on the calcination temperature, one, two, or three of the following Ni-containing species, NiO, Ni2.44Ti0.72Si0.07O4, and NiTiO3 were identified by combining the temperature programmed reduction （TPR） and X-ray diffraction （XRD） results. Their reducibility decreased in the sequence： NiO〉Ni2.44Ti0.72Si0.07O4〉NiTiO3. It suggests that high and stable activities observed over the Ni/TiO2-SiO2 catalyst calcined at 700 ~C were induced by the formation of Ni2.44Ti0.72Si0.07O4 and smaller NiO species crystallite size.     

High coke-resistance of K-Ca-promoted Ni/a-Al2O3 catalyst for ch4 reforming with CO2

Summary  K-Ca-promoted Ni/&agr;-Al2O3 catalyst exhibited higher activity better coke-resistance than Ni/&agr;-Al2O3 for CH4 reforming with CO2 under different reaction conditions. Temperature-programmed activation process of CH4 reforming with CO2 was investigated on these catalysts.     

Kinetics of methane steam reforming on a Ni on alumina-titania catalyst

The kinetics of methane steam reforming on a nickel on alumina-titania catalyst, was studied in the range of 773–873 K. A Hougen-Watson type model gives good agreement with the experimental rates.