ZrO2助剂对Ni/SiO2催化剂CO甲烷化催化活性及其吸附性能的影响

采用连续流动微反装置和原位漫反射红外光谱法考察了Ni/SiO₂及添加ZrO₂助剂的Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂CO甲烷化催化活性和吸附性能。结果表明,在CO体积分数 1%、空速 5000h^-1、常压的反应条件下,200℃时Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂可将CO完全转化。而相同反应条件下Ni/SiO₂催化剂上CO的转化率仅为35%,直至270℃时方可将CO完全转化。由此可见,ZrO₂助剂的添加明显提高了Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂的CO甲烷化催化活性。同时,ZrO₂助剂的添加显著提高了Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂对CO的吸附能力,H₂存在时可通过在较低温度时形成较多的桥式羰基氢化物来提高Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂的CO甲烷化催化活性;CO甲烷化反应条件下,Ni/SiO₂和Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂上C-O键的削弱和断裂是经由羰基氢化物 多氢羰基氢化物的途径,而不是经由C-O键的直接断裂途径。     

Al2O3负载镍基催化剂上CO2氢甲烷化研究

通过对Ni/Al2O3及添加CeO2的Ni/Al2O3催化剂上CO2氢甲烷化反应的研究发现，在反应过程中，该体系的催化剂上并不产生CO，添ＣeO2后能显著提高甲烷产率，原位漫反射红外光谱研究发现，甲烷可通过表面ＣＯ２^-物种加氢或表面甲酸盐加氢两种途径产生，且第二种途径更有效，添加 CeO2可通过在较低温度时形成较多的表面甲酸盐来提高ＣＯ２的甲烷化活性。     

TiO2对Ni/Al2O3催化剂CO甲烷化性能的影响

采用溶胶凝胶法制备了一系列不同TiO₂含量的TiO₂-Al₂O₃复合载体,并通过浸渍法制备了NiO/TiO₂-Al₂O₃催化剂。分别考察了不同TiO₂含量的NiO/TiO₂-Al₂O₃催化剂及反应温度对CO甲烷化催化性能的影响。实验结果表明,当复合载体中TiO₂质量分数为30%,反应温度为350～450 ℃时,催化剂催化活性较高。利用N₂吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)及H₂程序升温还原(H₂-TPR)等手段对催化剂物化性能进行了表征。结果表明,加入适量的TiO₂能抑制镍铝尖晶石NiAl₂O₄物种的生成,改善NiO的表面分散性能,避免大晶粒NiO的形成,也改善了催化剂的还原性能,从而提高催化剂的CO甲烷化活性。     

不同形貌Ni/γ-Al2O3催化剂催化CO甲烷化反应的研究

采用沉淀法分别以乙二醇、水、乙二醇-聚乙二醇600为修饰剂,制备了形貌分别为棒状（a-NiO）、粒状（b-NiO）和片状（c-NiO）结构的NiO催化剂,然后和γ-Al₂O₃通过研混法制得NiO/γ-Al₂O₃催化剂。采用XRD、TEM及H₂-TPR等技术手段对催化剂进行了表征。TEM观察NiO的形貌分别为棒状、粒状和片状。H₂-TPR结果表明,NiO/γ-Al₂O₃催化剂的氧化中心数量顺序为b-NiO/γ-Al₂O₃＜a-NiO/γ-Al₂O₃＜c-NiO/γ-Al₂O₃。XRD结果表明,NiO/γ-Al₂O₃催化剂还原后的Ni晶粒尺寸大小为b-Ni＞a-Ni＞c-Ni。在连续流动固定床反应装置上考察了Ni/γ-Al₂O₃对CO甲烷化反应的催化活性,研究了混合方法和形貌对CO甲烷化反应的影响。结果表明,研混法制得催化剂的活性及稳定性较好。催化剂形貌对CO甲烷化反应的催化活性顺序为c-Ni/γ-Al₂O₃＞a-Ni/γ-Al₂O₃＞b-Ni/γ-Al₂O₃,常压、593K和2500h^-1反应条件下,w_Ni为15% c-Ni/γ-Al₂O₃催化CO合成CH₄选择性及CO转化率分别达90.80%和99.63%。     

等离子体技术对CO2甲烷化用Ni/SiO2催化剂的改性作用

采用浸渍法制备了Ni/SiO₂催化剂,应用等离子体技术对催化剂进行改性处理。以CO₂甲烷化为模型反应对催化剂进行活性评价,通过H₂程序升温还原(H₂-TPR)和CO₂程序升温脱附(CO₂-TPD)技术对催化剂进行表征。研究了等离子体技术强化处理对催化剂吸附性能和还原性能的影响。结果表明,与常规焙烧的催化剂相比,等离子体技术改性处理提高了催化剂活性组分的分散度,增加反应活性位并调变了活性位对吸附物种的吸附强度,改进了催化剂的还原性能,CO₂甲烷化反应活性和甲烷的时空产率显著提高。     

Ce含量对Ni-Ce/Al_2O_3催化剂结构及浆态床CO甲烷化性能的影响

以γ-Al2O3为载体,采用等体积浸渍法制备了不同Ce含量的Ni-Ce/Al2O3催化剂,并考察了其浆态床CO甲烷化反应性能。借助XRD、BET、H2-TPR及CO-TPD等对催化剂进行了表征分析,研究了催化剂的微观结构与甲烷化性能之间的关系。结果表明,助剂Ce的引入能够加强Ni物种与载体之间的相互作用、增强活性组分Ni对CO的吸附能力。随着Ce含量的升高,Ni物种在载体表面的分散度提高、Ni晶粒粒径减小,催化剂的比表面积及与载体相互作用较强的β-NiO相对含量先升后降。催化剂的浆态床甲烷化活性随Ce含量的升高呈现规律性的变化,CO转化率和CH4时空收率先增加后略有下降,当Ce含量为4%(质量分数)时,催化剂甲烷化活性最佳。     

SiO2和Al2O3负载的Ni基催化剂在甲烷干重整中的催化性能差异

CH₄与CO₂干重整反应对于环境保护和天然气资源的合理利用具有重要意义。SiO₂和Al₂O₃是适用于甲烷干重整反应的两种典型的催化剂载体。为了阐明这两种载体对催化剂性能的影响,本研究采用等体积浸渍法制备了Ni/Al₂O₃和Ni/SiO₂催化剂,并利用BET、TEM、H₂-TPR、XRD、TG和Raman等技术对还原和反应后的催化剂进行了表征。结果表明,由于载体的性质不同,Ni基催化剂在甲烷干重整中的催化性能也不同。Ni/SiO₂催化剂的初始活性较高,但由于其金属-载体相互作用较弱,催化稳定性较差,在800℃下反应15h其催化活性急剧下降;较弱的金属-载体相互作用使得Ni/SiO₂催化剂上的Ni颗粒较大,有利于积炭前驱物种的生成,导致催化剂快速失活。而对于Ni/Al₂O₃催化剂,金属-载体相互作用较强,Ni颗粒较小,但由于Ni与Al₂O₃生成了NiAl_xO_y物种,有效活性位减少,其催化活性相对较低,但催化稳定性较好,干重整反应进行50h其活性保持稳定;Ni与Al₂O₃之间较强的相互作用有利于形成小且稳定的Ni粒子,能减少积炭,因而具有优异的催化稳定性。     

水凝胶法制备Ni/ZrO2催化剂及催化CO2加氢甲烷化性能

采用水凝胶法制备出一系列Ni/ZrO2催化剂,使用X射线衍射(XRD),比表面积(BET)测试,透射电子显微镜(TEM)和氢气程序升温还原(H2-TPR)对其结构进行了表征,并考察了在CO2加氢甲烷化反应中的催化活性.研究结果表明,经过450℃焙烧的催化剂中ZrO2呈无定形结构,NiO均匀分散在ZrO2表面上;在400℃时H2还原过程中,部分无定形ZrO2转变为四方晶相结构并使Ni再次分散,Ni与ZrO2之间的电子作用抑制了Ni晶粒的生长和ZrO2晶型的转变;与无定形ZrO2和四方相ZrO2产生电子作用的NiO对催化剂活性起决定性作用,当Ni/Zr摩尔比为0.707时,催化剂活性最高.在H2/CO2体积比为4,空速为1×104h-1,压力为0.5 MPa,反应温度为200℃时,CO2转化率达到27%以上,当反应温度上升至280~320℃时,CO2转化率达到99%以上,CH4选择性大于92%.     

镍负载量对Ni/MgO(111)催化甲烷二氧化碳重整反应性能影响

研究了MgO(111)负载镍基催化剂催化甲烷二氧化碳重整反应性能,针对镍负载量对反应活性和稳定性的影响进行了探讨。结果表明,随着镍负载量从2%增加到10%,催化剂的活性和稳定性均有所提高,但是当镍负载量进一步增加到20%时,催化剂的活性和稳定性略有下降。利用透射电子显微镜、X射线衍射和H₂吸附脱附等手段对催化剂结构进行了表征,利用热重分析、拉曼光谱和透射电镜等手段对反应后回收的催化剂进行了表征。研究发现,随着镍负载量的增大,活性金属镍的颗粒粒径呈现增长趋势,并且在反应过程中显示出不同的失活方式。2%Ni/MgO(111)催化剂的失活原因主要以Ni粒子的氧化为主,而负载量大于2%的Ni/MgO(111)催化剂的失活原因则是以积炭为主。     

CeO2的形貌特征对Ni/CeO2催化剂CO甲烷化性能的影响

通过改变制备方法合成了不同形貌的CeO_2载体(包括球状CeO_2-S、花苞状CeO_2-F和多面体状CeO_2-P),并用氨水配位浸渍法制备了Ni/CeO_2催化剂。研究了CeO_2载体结构与Ni/CeO_2催化剂上CO甲烷化反应性能的关系。结果表明,CeO_2-S、CeO_2-F和CeO_2-P载体暴露的晶面和氧空位不同,对Ni/CeO_2催化剂催化活性影响也不相同。CeO_2-S氧空位最多,Ni/CeO_2-S在350℃下CO转化率和CH4选择性分别达到99.19%和88.88%。10 h热稳定性测试结果表明,Ni/CeO_2-S催化剂上的积炭量最少(2.5%),CH4选择性一直保持在80%左右,分别是Ni/CeO_2-F的1.3倍和Ni/CeO_2-P的17.6倍。这主要归因于CeO_2-S载体比表面积较大,主要暴露[111]晶面,且表面氧空位含量较多,使Ni/CeO_2-S催化剂的载体与活性中心的相互作用增强,从而呈现出优异的抗积炭性能。     

Selective catalytic methanation of CO in hydrogen-rich gases over Ni/ZrO2 catalyst

Ni/ZrO2 catalysts were prepared by the incipient-wetness impregnation method and were investigated in activity and selectivity for the selective catalytic methanation of CO in hydrogen-rich gases with more than 20 vol% CO2. The result showed that Ni loadings significantly influenced the performance of Ni/ZrO2 catalyst. The 1.6 wt% Ni loading catalyst exhibited the highest catalytic activity among all the catalysts in the selective methanation of CO in hydrogen-rich gas. The outlet concentration of CO was less than 20 ppm with the hydrogen consumption below 7%, at a gas-hourly-space velocity as high as 10000 h-1 and a temperature range of 260 °C to 280 °C. The X-ray diffraction （XRD） and temperature programmed reduction （TPR） measurements showed that NiO was dispersed thoroughly on the surface of ZrO2 support if Ni loading was under 1.6 wt%. When Ni loading was increased to 3 wt% or above, the free bulk NiO species began to assemble, which was not favorable to increase the selectivity of the catalyst.     

Robust nickel silicate catalysts with high Ni loading for CO2 methanation

CO₂ is the main component of greenhouse gases and also an important carbon source. The hydrogenation of CO₂ to methane using Ni-based catalysts can not only alleviate CO₂ emissions but also obtain useful fuels. However, Ni-based catalysts face one major problem of the sintering of Ni nanoparticles in the process of CO₂ methanation. Thus, this work has synthesized a series of efficient and robust nickel silicate catalysts (NiPS−X) with different nickel content derived from nickel phyllosilicate by the hydrothermal method. It was found that the Ni loading plays a critical role in the structure and catalytic performance of the NiPS−X catalysts. The catalytic performance gradually increases with the increase of Ni loading. In particular, the highly dispersed NiPS-1.6 catalyst with a high Ni loading of 34.3 wt% could obtain the CO₂ conversion greater than 80%, and the methane selectivity was close to 100% for 48 h at 330 °C and the GHSV of 40,000 mL g⁻¹ h⁻¹. The excellent catalytic property can be assigned to the high dispersion of Ni nanoparticles and the strong interaction between the active component and the carrier, which is derived from a unique layered silicate structure with lots of nickel phyllosilicate and a large number of Lewis acid sites.     

Ni助剂FeMnK/SiO2费托合成催化剂的结构性质及还原碳化行为研究

研究了Ni助剂对共沉淀型FeMnK/SiO2催化剂的结构性质和还原炭化行为的影响。结果表明,添加少量Ni助剂提高了催化剂的比表面积,降低了平均孔径,促进了催化剂中铁氧化物的分散。在H2-TPR中,Ni助剂降低了催化剂的还原温度;在CO-TPR中,Ni助剂使催化剂的还原和炭化峰前移,提高了氧的移除速率,增加了碳的引入量;在合成气等温还原中,Ni助剂提高了催化剂的活化速率,在相同的还原时间内可获得更高的F-T合成反应活性。     

La2O3助剂对Rh/SiO2催化CO加氢反应性能的影响

采用溶胶凝胶法制备了SiO_2和La_2O_3-SiO_2载体,再通过浸渍法分别引入Rh-La和Rh组分,研究考察了La引入方式对Rh/SiO_2催化CO加氢反应性能的影响。结果表明,La的添加有利于提高Rh的分散度,促进Rh+中心数的增加,有效地抑制产物中CO2的生成,提高含氧化合物选择性。此外,La的引入方式会影响La与Rh间的相互作用强弱,Rh和La共浸渍制得的2Rh-5La_2O_3/SiO_2催化剂中Rh-La相互作用较强,削弱的Rh-CO键有利于反应过程中CO的插入反应,使得产物以C_(2+)含氧化合物为主。而La以助剂形式掺入SiO_2制得的2Rh/5La_2O_3-SiO_2催化剂具有较弱的La-Rh相互作用,其产物则以甲醇、乙醇等低碳醇为主。     

Promotion effect of additive Fe on Al2O3 supported Ni catalyst for CO2 methanation

In this paper, the effect of additive Fe on Ni/Al₂O₃ catalyst for CO₂ methanation was studied. A series of bimetallic Ni–Fe catalysts with different Ni/Fe ratios were prepared by impregnation method. For comparison, monometallic Fe‐based and Ni‐based catalysts were also prepared by the same method. The characterization results showed that adding Fe to Ni catalyst on the premise of a low Ni loading(≦12 wt.%) enhanced CO₂ methanation performance. However, when the Ni loading reached 12 wt.%, the catalytic activity decreased with the increase of Fe content, but still higher than the corresponding Ni‐based catalyst without Fe. Among them, the 12Ni3Fe catalyst exhibited the highest CO₂ conversion of 84.3 % and nearly 100% CH₄ selectivity at 50000 ml g^‐1 h^‐1 and 420 °C. The enhancement effect of adding Fe on CO₂ methanation was attributed to the dual effect of suitable electronic environment and increased reducibility generated by Fe species.