CO2预处理操作条件对Ni-Co双金属催化剂性能与结构的影响

The performance of the Ni-Co bimetallic catalyst was significantly improved by a novel H₂ and CO₂ (HCD) pretreatment in the dry reforming of methane compared with traditional H₂ pretreatment. The effects of the HCD pretreatment operating conditions, such as pretreatment time, temperature, gas feeding ratio, and gas flow rate, on the catalytic performance of Ni-Co bimetallic catalyst were investigated. The optimal pretreatment time, temperature, gas feeding ratio (CH₄/CO₂), and gas flow rate were 0.5-1 h, 780-800 ℃, 0:10, and 175-200 mL·min^-1, respectively. Biogas was simulated with CH₄ and CO₂ in a volume ratio of 1 and without any other diluted gas. The catalyst was characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and thermogravimetry (TG) coupled to differential scanning calorimetry (DSC). In a 511 h stability test under the optimized operating conditions, the catalyst pretreated with both H₂ and CO₂ exhibited excellent stability. The average conversions of CH₄ and CO₂, selectivities for H₂ and CO, and volume ratio of H₂/CO were 96%, 97%, 98%, 99%, and 0.98, respectively. The average carbon deposition rate over the Ni-Co bimetallic catalyst was only about 0.2 mg·g^-1·h^-1. The characterization results revealed that the sintering speed of the metal greatly decreased with testing time, and the metal particle will not greatly sinter with further testing time. The amount of deposited carbon on the catalyst gradually decreased and growth of filamentous carbon over the surface of the catalyst could be inhibited. The performance of the Ni-Co bimetallic catalyst was significantly improved by a novel H₂ and CO₂ (HCD) pretreatment in the dry reforming of methane compared with traditional H₂ pretreatment. The effects of the HCD pretreatment operating conditions, such as pretreatment time, temperature, gas feeding ratio, and gas flow rate, on the catalytic performance of Ni-Co bimetallic catalyst were investigated. The optimal pretreatment time, temperature, gas feeding ratio (CH₄/CO₂), and gas flow rate were 0.5-1 h, 780-800 ℃, 0:10, and 175-200 mL·min^-1, respectively. Biogas was simulated with CH₄ and CO₂ in a volume ratio of 1 and without any other diluted gas. The catalyst was characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and thermogravimetry (TG) coupled to differential scanning calorimetry (DSC). In a 511 h stability test under the optimized operating conditions, the catalyst pretreated with both H₂ and CO₂ exhibited excellent stability. The average conversions of CH₄ and CO₂, selectivities for H₂ and CO, and volume ratio of H₂/CO were 96%, 97%, 98%, 99%, and 0.98, respectively. The average carbon deposition rate over the Ni-Co bimetallic catalyst was only about 0.2 mg·g^-1·h^-1. The characterization results revealed that the sintering speed of the metal greatly decreased with testing time, and the metal particle will not greatly sinter with further testing time. The amount of deposited carbon on the catalyst gradually decreased and growth of filamentous carbon over the surface of the catalyst could be inhibited. Thereby, great catalytic activity and stability could be obtained during the dry reforming of methane reaction.     

预处理方法对Ni-Co双金属催化剂性能与结构的影响

浸渍法制备了Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃双金属催化剂, 经氢气还原预处理后, 再分别由一氧化碳、甲烷和二氧化碳进行再次预处理, 考察了预处理方法对该催化剂上沼气重整制氢性能的影响, 并运用X射线衍射(XRD)、热重-差示扫描量热(TG-DSC)、透射电子显微镜(TEM)等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, 与传统氢气还原预处理相比, 经氢气与一氧化碳预处理后, 催化剂性能无明显变化; 经氢气与甲烷预处理后, 催化剂性能明显变差; 而经氢气和二氧化碳预处理后, 催化剂性能明显变优, 且能基本消除该催化剂上沼气重整反应的诱导期. 分析结果表明, 经氢气和二氧化碳预处理后, 催化剂中金属颗粒较小, 分布较均匀, 粒径分布范围较窄, 从而减少了催化剂表面碳的沉积, 增强了催化剂的抗积炭性能, 可延长催化剂的使用寿命.     

预处理对Ni-Co双金属沼气重整催化剂性能与结构的影响

采用过量浸渍法制备了Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃双金属催化剂, 并使用固定床石英反应器在850℃,0.1MPa和空速为6000mL g_cat^-1 h^-1的条件下考察了预处理对催化剂性能的影响. 运用X射线衍射、热重-差示扫描量热、透射电子显微镜、扫描电镜和X射线能谱分析等手段对催化剂进行了表征. 结果表明,与传统氢气还原预处理相比,经氢气和二氧化碳预处理后, 催化剂性能明显提高,且能基本消除该催化剂上沼气重整反应的诱导期. 511 h的稳定性实验结果表明,催化剂经氢气和二氧化碳预处理后具有很好的稳定性和抗积碳性,平均积碳速率仅为0.2 mg g_cat^-1 h^-1. 表征结果显示,经氢气和二氧化碳预处理后,催化剂具有更好的抗烧结和抗积碳性能,反应后金属颗粒较小,分布较均匀,粒径分布范围较窄,从而增强了催化剂的稳定性.     

Ni-Co双金属催化剂上沼气重整制氢机理

用传统湿式浸渍法制备了La₂O₃掺杂的商业γ-Al₂O₃负载的沼气重整催化剂Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃, 并用程序升温加氢(TPH)、程序升温氧化(TPO)、程序升温表面反应(TPSR)、程序升温脱附(TPD)及脉冲实验对催化剂进行了表征. 结果表明, 沼气重整过程中Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃催化剂上的表面碳物种主要来源于CH₄的裂解, CO₂的贡献很小. CH₄裂解能够产生三种活性不同的碳物种, 即C_α、C_β与C_γ. 随着反应的进行, C_α物种减小而C_β与C_γ物种增加, 且C_γ物种能够转变为惰性的石墨碳. 重整反应过程中CH₄与CO₂的活化能相互促进. 催化剂表面的O物种与C反应生成CO或与CH_x反应生成CH_xO再分解为CO与吸附态的H物种, 可能是Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃催化剂上沼气重整的速率控制步骤.     

CO_2预处理操作条件对Ni-Co双金属催化剂性能与结构的影响（英文）

与传统H2预处理方法相比,新型H2+CO2预处理方法(HCD)能显著提升Ni-Co双金属催化剂的沼气重整活性及抗积碳性能.考察了HCD预处理操作条件对催化剂性能与结构的影响.较好的HCD预处理操作条件是在催化剂经H2处理之后,再用175-200 mL·min-1的原料气CH4/CO2(比例为0:10)在780-800℃下还原0.5-1h.在优化预处理操作条件下对催化剂进行了511 h的耐久性考察,并运用X射线衍射(XRD)、热重-差示扫描量热(TG-DSC)、透射电子显微镜(TEM)等手段对耐久性测试后的催化剂进行了表征.在511 h的稳定性实验内,CH4、CO2转化率,H2、CO选择性及H2/CO体积比分别高达96%、97%,98%、99%及0.98.催化剂在测试期间的平均积碳速率仅为0.2 mg·g-1·h-1.在该预处理操作参数下,催化剂拥有最好的综合性能和良好的耐久性.     

CO2重整甲烷反应高效稳定Ni/ZrO2催化剂的纳米结构特点

分别通过在常压流动N2气中加热处理ZrO(OH)2醇凝胶和在空气中焙烧ZrO(OH)2水凝胶制备了含不同晶相组成和不同尺寸ZrO2纳米粒子的Ni/ZrO2催化剂.Ni/ZrO2催化剂上CO2重整CH4反应的活性和稳定性以及多种催化剂表征(XRD,TEM,TPR及TPD等)数据表明,高效稳定的Ni/ZrO2催化剂必须具有“金属/氧化物”纳米复合物的特征.ZrO2纳米粒子的晶相组成对CO2重整甲烷反应中纳米复合物型Ni/ZrO2催化剂的稳定性没有明显影响.     

Cu-ZnO-CeO2催化剂组成对CO2加H2合成甲醇性能的影响

采用并流沉淀法分别制备了CuO-CeO₂（物质的量比为5：1）、CuO-ZnO（物质的量比为5：4）、CuO-ZnO-CeO₂（物质的量比为5：4：1）三组目标催化剂,通过X射线衍射（XRD）、氢气升温还原（H₂-TPR）、CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）、N₂O滴定表征技术对催化剂的物化性能进行了测试,并在高温高压微催化反应器中对催化剂进行活性评价。研究了CuO-ZnO-CeO₂组成对CO₂加氢合成甲醇的影响。结果表明,与二组分催化剂相比较,三组分CuO-ZnO-CeO₂催化剂物化性能及催化活性发生了很大变化,催化剂表面碱性位增强,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,铜分散度以及氧空位浓度提高,最终催化活性显著提高。其中,CuO-ZnO-CeO₂催化剂中,CuO颗粒粒径为8.2nm,铜的比表面积为68.4m²/g,铜分散度为7.19%,甲醇的选择性和收率分别为48.6%和0.057mmol/（g·min）,催化剂活性较好。     

制备方法对 Ni-Al2O3催化剂在 CO2-CH4重整反应中 催化性能的影响

为提高镍基催化剂的干法重整活性,采用溶液燃烧法、等体积浸渍法、胶体磨循环浸渍法和水热-沉积法制备了SCM、IMP、T310和HTP四种催化剂,在800 ℃考察了其在CO₂-CH₄重整反应中的催化性能,并结合ICP-AES、N₂吸附-脱附、XRD、H₂-TPR和TEM等表征手段对催化剂进行分析。结果表明,水热-沉积法和胶体磨循环浸渍法制备的催化剂比表面积较大,分别为190.83和182.21 m²/g,可为反应提供较多的接触面积,进而提高催化剂的初始活性(HTP试样CH₄和CO₂初始转化率相对较高,分别达85.15%和90.84%);而溶液燃烧法和等体积浸渍法制备的催化剂具有较多的NiAl₂O₄尖晶石,其还原峰面积占总还原峰面积90%以上,还原后可获得更多晶粒粒径更小的稳定活性组分Ni(SCM和IMP试样稳定性更好,反应50 h后活性超过HTP和T310试样,100 h后CH₄转化率方降至50%以下)。因此,决定催化剂稳定活性的更重要的因素应该是活性组分Ni晶粒粒径的大小及其抗烧结能力的强弱。     

制备条件对介孔Ni-CaO-ZrO2在甲烷三重整反应中催化性能的影响

在不同条件下采用并流共沉淀法制备了Ni-CaO-ZrO₂催化剂,并将其用于CH₄的三重整反应过程。以CH₄的转化率和催化剂稳定性为指标,研究了催化剂制备过程中各工艺参数对其催化性能的影响。结果表明,催化剂的最佳制备条件为:焙烧温度973 K、前驱体沉淀pH=10~12、回流时间24 h。在该条件下得到的催化剂具有适宜的比表面积和Ni-ZrO₂相互作用,在常压、973 K的反应条件下CH₄的转化率能够达到70%,具有较高的催化活性和稳定性。     

用不同前驱体制备的Co/SiO2催化剂的结构及其CO2/CH4重整反应性能

分别采用硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴和氯化钴为前驱体制备了Co/SiO     

焙烧温度对Ni/MgO催化剂结构及其在甲苯二氧化碳重整反应中催化性能的影响(英文)

考察了焙烧温度对 Ni/MgO 催化剂结构及其在甲苯二氧化碳重整反应中催化性能的影响. 由于 NiO-MgO 固溶体的形成,样品的 X 射线衍射谱中没有出现明显的 NiO 衍射峰, 而在拉曼光谱中出现明显的散射信号. X 射线光电子能谱、氢气程序升温还原和 H2脉冲吸附结果表明, 高温焙烧过程中 Ni 向催化剂体相扩散, 与 MgO 发生强互相互作用, 使得 Ni 物种难以还原,但部分位于催化剂表面的 Ni 物种能够还原; 高温焙烧后催化剂表面活性 Ni 物种明显减少, 致使催化剂重整活性降低. 重整反应后, 催化剂表面存在少量多核芳烃类积炭, 这很可能是高温焙烧催化剂稳定性差的原因.     

BaTiO3-BaAl2O4-Al2O3复合载体的制备、表征及其Ni基催化剂催化CH4/CO2重整反应性能

以十六烷基三甲基溴化胺为结构导向剂,采用溶胶-凝胶法制备了BaTiO3-BaAl2O4-Al2O3复合载体,采用X射线衍射、红外光谱、N2吸附-脱附、透射电子显微镜和H2程序升温还原等技术对复合载体进行了表征,并以CH4/CO2重整制合成气为探针反应,考察了不同Ni/BaTiO3-BaAl2O4-Al2O3催化剂的性能.结果表明,BaTiO3-BaAl2O4-Al2O3复合载体具有多孔织构特性和较高的比表面积,BaTiO3和BaAl2O4以晶粒状态分布在复合载体的内外表面,晶粒尺寸在20～50nm的范围,复合载体孔径为10～20nm.复合载体上BaTiO3和BaAl2O4的引入,适度削弱了Ni/BaTiO3-BaAl2O4-Al2O3催化剂中Ni物种与γ-Al2O3间的强相互作用,抑止了NiAl2O4尖晶石的生成;当载体中Ba(Ti)含量为17.33%时,其负载的Ni催化剂上CH4/CO2重整制合成气反应的活性和稳定性最高.     

在CeO2-ZrO2中加入La2O3对改善单Pd三效催化剂性能的作用

浸渍法制备了CeO₂-ZrO₂-La₂O₃复合氧化物，用XRD、热分析（TG-DTA，DSC）、BET表面积、H₂-TPR等对合成样品进行表征，研究了La₂O₃的加入对CeO₂-ZrO₂和单钯Pd/CeO₂-ZrO₂/γ-Al₂O₃/蜂窝陶瓷催化剂性能和热稳定性的影响。结果表明，在CeO₂-ZrO₂-La₂O₃中，La的存在能促进CeO₂-ZrO₂固溶体的还原，提高贮氧能力；在Pd/CeO₂-ZrO₂/γ-Al₂O₃中加入La有利于提高催化剂的耐热稳定性，阻止γ-Al₂O₃在高温下的晶相转变，进一步稳定Al₂O₃的结构，保持其高的表面积。在贵金属Pd的负载量为1 g·L^-1的条件下，测定了Pd/CeO₂-ZrO₂-La₂O₃/γ-Al₂O₃/蜂窝陶瓷催化剂对CO、C₃H₈和NOx的三效催化净化活性。结果表明，在Pd/CeO₂-ZrO₂/Al₂O₃/蜂窝陶瓷催化剂中加入La₂O₃后，能明显地改善催化剂的低温活性和三效催化性能，经1 000 ℃老化10 h后，CO、C₃H₈和NO_x净化的起燃温度（T₅₀）分别为330 ℃、350 ℃和380 ℃。     

预处理气氛对Co-ZrO2共沉淀催化剂结构的影响

考察了共沉淀Co-ZrO2催化剂在不同气氛(Ar、H2、CO和CO+H2)、不同温度下处理后, 催化剂织构、晶相以及形貌的变化规律. 结果表明, 在惰性气氛或氢气氛处理过程中, 催化剂在500 ℃以上发生明显烧结. 经上述处理并暴露于空气后, 催化剂中钴物种均以Co3O4形式存在, 且催化剂粒子外形无明显变化. CO气氛还原使催化剂破碎严重, 同时发生明显的积碳现象, 催化剂中钴物种以面心单质钴为主要形式. 合成气处理对催化剂破坏行为不明显, 但催化剂烧结现象严重, 催化剂中Co物种以面心立方和六方两种晶型共存.     

Ni-Sm_x/SiC催化剂甲烷二氧化碳重整性能研究

用浸渍法制备了不同钐含量的Ni-Sm_x/SiC催化剂,其中,镍的质量分数为9%,氧化钐的质量分数分别为0、2%、3%、4%、5%、7%。采用常压微型固定床反应器考察了不同催化剂在甲烷二氧化碳重整反应中的催化性能,并用BET、ICP、XRD、H2-TPR、TG-DTA、XPS和TEM等技术对反应前后催化剂进行表征。结果表明,加入钐后,重整反应中甲烷和二氧化碳转化率明显提高。当钐含量为5%时,Ni-Sm5/SiC表现出最好的活性和稳定性,而且反应后催化剂表面积炭量最少。其原因是钐的加入提高了活性组分与载体的相互作用,有效减少了表面积炭、提高了催化剂的稳定性。     

不同Co含量对纳米多孔Ni-Co结构及析氢催化性能的影响

通过真空熔炼和快速凝固的方法制备了不同Co含量的Ni-Co-Al合金,经脱合金化后得到纳米多孔Ni-Co。采用XRD、SEM、TEM、N2吸附-脱附研究了所得纳米多孔Ni-Co结构特征,以线性扫描伏安法(LSV)、交流阻抗(IMP)等手段对纳米多孔NiCo/GCE电极析氢性能进行了测试。结果表明:纳米多孔Ni-Co合金骨架表面存在尺寸更为细小的5～10 nm的小孔,Co含量(质量分数)在40%～60%时,析氢催化性能较好。