活性炭負(fù)載Co基多金屬催化劑的制備及其對(duì)CH4-CO2催化重整性能研究.pdf

1、CH4-CO2重整反應(yīng)由于能有效利用富甲烷氣、實(shí)現(xiàn)能量傳輸和解決日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，因此得到了世界各國(guó)的關(guān)注。目前，關(guān)于重整催化劑的研究主要集中于貴金屬和過渡金屬催化劑。前者價(jià)格昂貴，后者易積碳失活。基于活性炭具有孔結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高和耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作催化劑載體。將過渡金屬負(fù)載到活性炭上可以改善催化劑的活性和穩(wěn)定性。本論文以活性炭為載體，以Co為活性組分、Ca和Cu等金屬為助劑組分制備了多金屬催化劑，對(duì)催化劑的浸漬

2、方法、助劑種類、助劑含量、焙燒溫度和焙燒時(shí)間等進(jìn)行了研究，并通過熱重（TG）、掃描電鏡（SEM）、N2吸附測(cè)試儀（BET）、X射線衍射（XRD）和X射線光電子能譜分析（XPS）等對(duì)催化劑進(jìn)行表征，取得的研究成果與結(jié)論如下：
　　1.優(yōu)化得到了 Co-CaO/AC催化劑的最佳制備條件：采用共浸漬法，Ca含量14 wt.％，焙燒溫度為500℃，焙燒時(shí)間為4h。在反應(yīng)溫度800℃條件下，CH4和CO2的轉(zhuǎn)化率維持在89.2%和93.4%

3、左右，2000min內(nèi)沒有出現(xiàn)明顯的失活現(xiàn)象。
　　2. BET和SEM表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Co/AC催化劑中添加Ca金屬可以增大催化劑的比表面積，使活性金屬分布更加均勻。H2-TPR、XPS和 XRD分析表明，Ca金屬的添加使催化劑上形成新的金屬晶體，生成的 Ca3Co2O6在重整反應(yīng)過程中能夠循環(huán)為反應(yīng)提供新的活性位。Ca金屬的添加促進(jìn)了CH4裂解生成的沉積碳與 CO2消碳達(dá)到平衡，從而保持催化劑的活性和穩(wěn)定性。
　　3.優(yōu)化

4、得到了Co-Cu-CaO/AC催化劑的最佳制備條件：采用共浸漬法，0.002mol/L Cu(NO3)2?6H2O，焙燒溫度為600℃，焙燒時(shí)間為4h。在反應(yīng)溫度750℃條件下，催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，CH4和CO2的轉(zhuǎn)化率分別為48.7%和68.3%，合成氣中H2/CO維持在0.9左右。
　　4. BET和SEM表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Cu的加入使Co-CaO/AC催化劑的比表面積增大，并且Co、Ca和Cu的協(xié)同作用使活性物質(zhì)鈷的氧化

5、物分散度提高，形成更小的活性粒子。H2-TPR表明Cu的添加促進(jìn)了Co金屬的遷移，使Co-Cu-CaO/AC的還原溫度降低。另外，XRD和XPS表征發(fā)現(xiàn)Cu的添加引起催化劑上的活性組分的變化生成 CuCo2O3晶體，使催化劑的穩(wěn)定性增加。
　　5.優(yōu)化得到了Co-Mg/AC催化劑的最佳制備條件：采用共浸漬，Co(NO3)2·6H2O的浸漬量為1.14mol/L，Mg(NO3)2·6H2O為0.07mol/L，焙燒溫度為400℃，焙

6、燒時(shí)間為4h。在反應(yīng)溫度900℃條件下，CH4和CO2轉(zhuǎn)化率分別維持在96.7%和97.0%左右。
　　6. XRD表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)400℃焙燒制備的Co-MgO/AC催化劑上形成易于還原的 Co3O4和 Co2MgO4；當(dāng)焙燒溫度大于400℃，會(huì)形成難以還原的(Co,Mg)O共熔體，使得催化劑活性降低。BET表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)適量的 MgO助劑可以與載體發(fā)生作用，提高催化劑的比表面積。
　　7.優(yōu)化得到了Co-Cu-CaO/AC催化