掺杂六铝酸盐催化剂上甲烷二氧化碳重整反应研究

【摘要】：本论文采用高温硝酸盐分解法制备了一系列六铝酸盐催化剂,分别用XRD、TGA、DRS-UV-Vis、XPS、TEM、SEM等技术对催化剂的结构、性质进行了表征,并考察了催化剂对CH4-CO2重整制合成气反应的催化性能。主要包括： 1.制备了由过渡金属(Mn, Fe, Co, Ni, Cu)取代的LaXAl11O19-δ六铝酸盐催化剂,研究发现LaNiAl11O19-δ具有良好的催化活性和稳定性,同时具有很好的抗积碳能力。因此,将LaNiAl11O19-δ确定为本论文改进和修饰的基础催化剂。 2.通过碱土金属M (M= Ca, Mg, Sr)部分取代LaNiAl11O19-δ中的La3+制备了La0.8M0.2NiAl11O19-δ催化剂,考察了不同离子半径的碱土金属对催化剂La0.8M0.2NiAl11O19-δ的晶体结构、活性组分Ni0的分散度和催化性能等的影响,同时重点考察了La0.8M0.2NiAl11O19-δ催化剂在CO2-CH4重整反应中的抗积碳性能。 3.对于Zr部分取代La的La0.8ZrxtNiAl11O19-δ六铝酸盐催化剂,Zr4+离子的掺杂对活性中心Ni的价态产生了影响,Ni2+和Ni3+同时存在,Ni3+/Ni2+的比值决定了催化剂中活性中心Ni晶粒的分散度,而Ni3+/Ni2+的比值与Zr的掺杂量有关,因此Zr的掺杂对La0.8ZrxNiAl11O19-δ的催化性能产生了很大的影响,同时,本论文对重整反应的反应模型进行了初步的探索。 【关键词】：甲烷 二氧化碳 重整 六铝酸盐
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 内容提要4-5
• 中文摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-50
• 1.1 前言12-14
• 1.2 甲烷重整制合成气14-15
• 1.2.1 甲烷部分氧化重整14
• 1.2.2 甲烷水蒸气重整14
• 1.2.3 甲烷二氧化碳重整14-15
• 1.3 CH_4-CO_2重整制合成气的研究现状15-33
• 1.3.1 热力学分析15-18
• 1.3.2 CH_4-CO_2重整催化剂研究18-29
• 1.3.3 CH_4-CO_2重整制合成气反应积碳的研究29-31
• 1.3.4 CH_4-CO_2重整制合成气的催化机理31-33
• 1.4 论文的选题以及研究目标33-36
• 参考文献36-50
• 第2章 实验部分50-58
• 2.1 实验材料及仪器设备50-51
• 2.1.1 化学试剂50
• 2.1.2 气体50-51
• 2.2 催化剂制备51
• 2.3 反应性能评价51-53
• 2.4 表征方法及表征设备53-56
• 参考文献56-58
• 第3章 过渡金属取代的LaXAl_(11)O_(19-δ)催化剂的物理化学性质及在CH_4-CO_2重整反应中的催化性能58-86
• 3.1 前言58-59
• 3.2 六铝酸盐的结构59-60
• 3.3 LaXAl_(11)O_(19-δ)催化剂的结构表征和催化活性测试60-67
• 3.3.1 LaXAl_(11)O_(19-δ)催化剂的XRD表征60-61
• 3.3.2 LaXAl_(11)O_(19-δ)催化剂的DRS-UV-Vis表征61-63
• 3.3.3 LaXAl_(11)O_(19-δ)催化剂的TPR表征63-64
• 3.3.4 LaXAl_(11)O_(19-δ)催化剂的XPS表征64-66
• 3.3.5 过渡金属X的取代对LaXAl_(11)O_(19-δ)催化剂催化性能的影响66-67
• 3.3.6 小结67
• 3.4 LaNiAl_(11)O_(19-δ)的结构表征和重整反应条件的优化67-79
• 3.4.1 LaNiAl_(11)O_(19-δ)催化剂的结构表征67-73
• 3.4.2 LaNiAl_(11)O_(19-δ)催化剂对甲烷二氧化碳重整反应条件的考察73-79
• 3.5 结论79-80
• 参考文献80-86
• 第4章 La_(0.8)M_(0.2)NiAl_(11)O_(19-δ)(M=Ca,Mg,Sr)催化剂上CO_2-CH_4重整反应研究86-106
• 4.1 前言86-87
• 4.2 实验结果与讨论87-100
• 4.2.1 La_(0.8)M_(0.2)NiAl_(11)O_(19-δ)催化剂的反应稳定性测试87-88
• 4.2.2 碱土金属取代La离子对六铝酸盐结构的影响88-92
• 4.2.3 La_(0.8)M_(0.2)NiAl_(11)O_(19-δ)催化剂的表面性质研究92-94
• 4.2.4 碱土金属离子半径与单质Ni分散度和粒径分布的关系94-96
• 4.2.5 La_(0.8)M_(0.2)NiAl_(11)O_(19-δ)催化剂的表面积碳规律探索96-100
• 4.3 总结100-102
• 参考文献102-106
• 第5章 Zr掺杂六铝酸盐La_(0.8)Zr_xNiAl_(11)O_(19-δ)催化剂上CO_2-CH_4重整反应研究106-132
• 5.1 前言106
• 5.2 Zr部分取代La对La_(0.8)Zr_xNiAl_(11)O_(19-δ)催化剂的物相结构和催化性能的影响106-117
• 5.2.1 Zr部分取代La对La_(0.8)Zr_xNiAl_(11)O_(19-δ)催化剂结构的影响106-114
• 5.2.2 Zr部分取代La对La_(0.8)Zr_xNiAl_(11)O_(19-δ)催化剂催化性能的影响114-117
• 5.3 催化剂La_(0.8)Zr_(0.04)NiAl_(11)O_(19-δ)上积碳规律的探索117-124
• 5.3.1 催化剂La_(0.8)Zr_(0.04)NiAl_(11)O_(19-δ)的XRD表征118-119
• 5.3.2 甲烷二氧化碳重整制合成气反应中的积碳类型119-124
• 5.3.3 小结124
• 5.4 催化剂La_(0.8)Zr_(0.04)NiAl_(11)O_(19-δ)上甲烷二氧化碳的活化与反应模型124-126
• 5.4.1 甲烷与二氧化碳活化的活性位125-126
• 5.4.2 反应模型的建立126
• 5.5 结论126-128
• 参考文献128-132
• 作者简历132-134
• 攻读博士期间发表或待发表的论文134-136
• 致谢136

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