负载型Ni基甲烷催化裂解催化剂的研制

【摘要】：在ITER (国际热核聚变实验堆)氘-氚聚变反应过程中由于氘、氚与第一壁材料的相互作用而生成了大量的氘代、氚代甲烷,因此,通过甲烷催化裂解技术裂解氘代、氚代甲烷以回收其中的氘和氚具有十分重要的意义。 本论文在文献综述的基础上通过浸渍法、共浸渍法以及溶胶-凝胶法制备了Ni-SiO2、Ni-La2O3-SiO2、Ni-Cu-SiO2和Ni-Fe-SiO2催化剂进行甲烷催化裂解反应,解决了甲烷催化裂解催化剂制备、催化剂甲烷催化裂解性能测试以及失活催化剂的再生等问题,建立了甲烷催化裂解催化剂制备工艺以及催化剂甲烷催化裂解性能的研究方法,从而为通过甲烷催化裂解回收氚、氘代甲烷中的氚和氘积累了经验,主要结果如下： (1)采用共浸渍法制备了La掺杂Ni-SiO2(Ni-La2O3-SiO2)催化剂,研究了La掺杂量以及反应温度对催化剂甲烷催化裂解的影响。在Ni-La2O3-SiO2甲烷催化裂解反应过程中,La掺杂量为La/Ni(摩尔比)=0.3的催化剂具有最佳的甲烷催化裂解效果。不同La掺杂量Ni-SiO2催化剂甲烷催化裂解过程中Ni金属平均粒径变化趋势明显不同：La/Ni=O的Ni-SiO2催化剂随反应进行Ni金属平均粒径不断降低,La/Ni=0.3的Ni-Si02催化剂随反应进行Ni金属平均粒径不断升高。碳纤维形态受掺La量影响较大,随La/Ni由0增长至0.3,反应过程中生成的碳纤维管径变粗,而随La/Ni由0.3增长至0.6,反应过程中生成的碳纤维长度变短。 (2)采用溶胶-凝胶法制备了Cu掺杂和Fe掺杂的Ni-SiO2(Ni-Cu-SiO2和Ni-Fe-SiO2)催化剂,研究了Cu掺杂量、Fe掺杂量以及反应温度对催化剂甲烷催化裂解的影响。对未经H2还原的Ni-Cu-SiO2和Ni-Fe-SiO2, Cu主要以CuO的形式存在,而Fe主要以NiFe2O4的形态存在。在H2还原后的Ni-Cu-SiO2与Ni-Fe-SiO2催化剂中Cu和Fe主要以Ni-Cu合金与Ni-Fe合金的形式存在,在650℃较高反应温度下,Ni-SiO2催化剂中Cu和Fe的引入明显延长了催化剂的寿命,但高含量Cu与Fe却降低了甲烷催化裂解反应的转化率。650℃时,Ni-Cu合金、Ni-Fe合金与单金属Ni基催化剂甲烷催化裂解生成碳纤维的结构有很大差异：Ni-SiO2甲烷催化裂解生成碳纤维的形态主要以“多壁碳纤维”的形式存在,而Ni-Cu-SiO2甲烷催化裂解生成的碳纤维更粗并且尖端出现了“分叉现象”,Ni-Fe-SiO2甲烷催化裂解生成的碳纤维为“竹节型”。 (3)采用空气再生方法,研究了Ni-SiO2、Ni-Cu-SiO2和Ni-Fe-SiO2三种催化剂甲烷催化裂解-再生后的活性与寿命。Ni-SiO2催化剂在甲烷催化裂解-再生循环过程中,活性随循环的次数增加而降低,寿命随循环次数的增加而基本保持不变。Ni-Cu-Si02催化剂在甲烷催化裂解-再生循环过程中,催化剂的活性和寿命随循环次数的增加均降低,但随Cu含量的增加,降低的趋势减小。Ni-Fe-SiO2催化剂在甲烷催化裂解-再生循环过程中的活性随循环次数的增加而出现了升高的趋势,但其寿命则随循环次数的增加呈现出了下降的趋势。在这三种催化剂的后两次循环过程中均出现了非常明显的球形积碳结构,这种结构的出现可能在某种程度上影响了失活催化剂再生后的反应活性与寿命。 (4)综合比较了Ni-SiO2、Ni-La2O3-SiO2、Ni-Cu-SiO2和Ni-Fe-SiO2催化剂的甲烷催化裂解性能。溶胶-凝胶法制备的75%Ni-25%SiO2催化剂在550℃时的甲烷催化裂解性能相对La掺杂Ni-SiO2催化剂(La/Ni=0.3)的稳定性更好、活性更高。在650℃,Ni-Cu-SiO2相对75%Ni-25%SiO2催化剂具有更长的寿命,相对Ni-Fe-SiO2具有更好的稳定性。通过溶胶—凝胶法制备的Ni-Cu-SiO2催化剂具有最佳的甲烷催化裂解性能。综合比较Ni-SiO2、Ni-Cu-SiO2与Ni-Fe-SiO2三种催化剂甲烷催化裂解—再生性能,55%Ni-20%Cu-25%Si02因其在三次甲烷催化裂解—再生循环过程中均具有较好的活性和寿命而具有最佳的甲烷催化裂解—再生性能。 【关键词】：Ni-SiO_2 Ni-La_2O_3-SiO_2 Ni-Cu-SiO_2 Ni-Fe-SiO_2 甲烷催化裂解 碳纤维 空气再生
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 文献综述10-30
• 1.1 氚(氘)甲烷催化裂解过程及机理11-12
• 1.2 氘(氚)代甲烷催化裂解催化剂的类型12-13
• 1.3 催化剂的制备方法13-16
• 1.3.1 沉淀法13
• 1.3.2 浸渍法13-14
• 1.3.3 热熔融法14-15
• 1.3.4 混合法15
• 1.3.5 离子交换法15
• 1.3.6 溶胶凝胶法（Sol-el法）15-16
• 1.4 催化剂性能的表征方法16-18
• 1.4.1 X射线衍射技术(XRD)16
• 1.4.2 电子显微镜技术16-17
• 1.4.3 红外吸收光谱法(IR)17
• 1.4.4 电子能谱分析17
• 1.4.5 热分析17-18
• 1.5 影响催化剂性能的因素18-28
• 1.5.1 催化剂种类对催化剂性能的影响18-25
• 1.5.2 催化剂制备条件对催化剂性能的影响25-26
• 1.5.3 反应条件对催化剂性能的影响26-28
• 1.6 甲烷催化裂解催化剂的失活与再生28-29
• 1.7 论文的选题思路29-30
• 第二章 实验部分30-35
• 2.1 催化剂的制备30-32
• 2.1.1 实验原料30
• 2.1.2 La掺杂Ni-SiO_2催化剂的制备30-31
• 2.1.3 Cu掺杂Ni-SiO_2与Fe掺杂Ni-SiO_2催化剂的制备31-32
• 2.2 甲烷催化裂解及失火活催化剂的再生32-33
• 2.2.1 实验装置32
• 2.2.2 甲烷催化裂解及再生实验方法32-33
• 2.3 结构与性能表征33-35
• 2.3.1 XRD分析33
• 2.3.2 SEM分析33
• 2.3.3 SEM-EDX分析33-34
• 2.3.4 XPS分析34
• 2.3.5 催化剂的还原性测试34
• 2.3.6 Raman分析34
• 2.3.7 TEM分析34
• 2.3.8 高分辨TEM分析34-35
• 第三章 La掺杂Ni-SiO_2催化剂甲烷催化裂解性能研究35-44
• 3.1 结果与讨论35-42
• 3.1.1 La掺杂Ni-SiO_2催化剂的结构特性35-38
• 3.1.2 La掺杂Ni-SiO_2催化剂甲烷催化裂解性能测试38-40
• 3.1.3 La掺杂Ni-SiO_2甲烷催化裂解反应结束后的积碳分析40-42
• 3.2 小结42-44
• 第四章 Cu掺杂Ni-SiO_2催化剂甲烷催化裂解性能研究44-55
• 4.1 结果与讨论44-54
• 4.1.1 Ni-Cu-SiO_2催化剂的结构特性44-47
• 4.1.2 Ni-SiO_2与Ni-Cu-SiO_2催化剂甲烷催化裂解性能研究47-49
• 4.1.3 Ni-Cu-SiO_2催化剂甲烷催化裂解反应后的积碳分析49-54
• 4.2 小结54-55
• 第五章 Fe掺杂Ni-SiO_2催化剂甲烷催化裂解性能研究55-64
• 5.1 结果与讨论55-63
• 5.1.1 Ni-Fe-SiO_2催化剂的结构特性55-59
• 5.1.2 Ni-Fe-SiO_2催化剂甲烷催化裂解性能测试59-60
• 5.1.3 Ni-Fe-SiO_2催化剂甲烷催化裂解产物积碳分析60-63
• 5.2 小结63-64
• 第六章 Ni基甲烷催化裂解催化剂综合性能评价64-74
• 6.1 结果与讨论64-73
• 6.1.1 催化剂甲烷催化裂解性能比较64-66
• 6.1.2 甲烷催化裂解失活催化剂的空气再生研究66-72
• 6.1.3 催化剂甲烷催化裂解—再生性能比较72-73
• 6.2 小结73-74
• 第七章 总结74-77
• 7.1 结论74-76
• 7.2 论文创新点76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-87
• 附录87

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

Ni/γ-Al_2O_3催化剂上CH_4-CO_2重整体系中积碳消碳的研究    许峥,张鎏,张继炎

Ni/氧化金刚石催化裂解甲烷制氢技术研究    张志;陆光达;唐涛;秦城;黄火根;郑少涛;宋江峰;

钴氧化物纳米催化剂的制备及对N_2O的分解    郭林,吴波,庄亚辉,李前树,朱鹤孙

甲烷催化裂解制氢技术研究进展    张志;唐涛;陆光达;

Ni/SiO_2催化剂上甲烷催化裂解制氢    潘智勇,沈师孔

流化床中甲烷裂解制氢与催化剂再生过程研究    刘少文;叶志华;梁罚;柳泉润;李永丹;

处理方法对活性炭在流化床反应器内甲烷催化裂解制氢活性的影响    贺苗;陈久岭;李永丹;

不同制备方法对Co/HZSM-5分子筛上性能的影响    蒋劼,卢冠忠,毛东森,杨为民

催化热分解法制备纳米碳管的研究    董树荣,涂江平,王春生,张孝彬,刘茂森

单分散硅溶胶前体制备的Ni/SiO_2催化剂裂解甲烷制氢    李建中,吕功煊,李克

汽车尾气催化净化催化剂的研究进展    王绍梅,李惠云,袁小勇

催化载体的掺杂对催化元件稳定性的影响    任先武;徐振忠;周博;

制备高效稳定CO_2重整甲烷Ni/ZrO_2催化剂的新方法    李艳,叶青,魏俊梅,徐柏庆

常压等离子体还原的Ni/-γAl_2O_3催化剂的程序升温脱附研究    李代红;习敏;陶旭梅;石新雨;戴晓雁;印永祥;

BaTiO_3-BaAl_2O_4-Al_2O_3复合载体的制备、表征及其Ni基催化剂催化CH_4/CO_2重整反应性能    胡全红;黎先财;杨爱军;杨春燕;

含钴纳米催化剂制备方法综述    伍胜清;

纳米催化剂研究进展    李敏;崔屾;

Ni/氧化金刚石催化裂解甲烷制氢技术研究    张志;陆光达;唐涛;秦城;黄火根;郑少涛;宋江峰;

甲烷催化裂解技术研究进展    王文华;王和义;蒋树斌;杨勇;

纳米碳管制备的新进展    王新庆,李振华,何少龙,王淼

钛基催化剂催化氧化苯系物有机废气的研究    俞丹青

晶格氧部分氧化甲烷制取合成气的基础研究    魏永刚

新型NZP族催化剂载体材料的合成及应用研究    祝琳华

二氧化碳加氢合成甲醇铜基催化剂的研究    郭晓明

汽车尾气净化低温起燃催化剂研究    贺小昆

纳米氧化镁基吸附剂烟气同时脱硫脱硝研究    高宇

硼氢化钠水解制氢催化剂及相关技术研究    邹阅超

生物质油催化重整制氢及催化剂积炭失活研究    蓝平

低温直接醇类燃料电池阳极催化剂研制    周卫江

定向纳米碳管及其复合膜的制备与表征    徐军明

利用钢厂赤泥和碱厂白泥研制燃气（H_2S）脱硫剂    王志涛

负载型MoO_3催化剂的制备与催化酯化性能研究    邢华琼

糠醛催化法制四氢呋喃工艺研究    于浩

石脑油非加氢脱氮脱氯工艺研究    李超

基于J-103H催化剂的合成气甲烷化研究    徐超

烃类蒸汽转化制氢气工业生产装置的扩能    周书飞

基于化学链耦合的吸附增强式合成气脱碳过程的研究    开声银

超声浸渍法、溶胶凝胶法制备高温煤气脱硫剂    孙剑峰

滑动弧放电等离子体重整燃料制氢实验研究    颜士鑫

固体超强酸SO_4~（2-）/ZrO_2-CeO_2的制备及在生物柴油中的应用    李秀凤

Co-Mo-K/Al_2O_3水煤气变换催化剂结构的研究    李金林,李金林,孔渝华

稀土Ce对制合成气用Ce-Ni/Al_2O_3催化剂活性和稳定性的影响    宋一兵,余林,孙长勇,叶飞,方奕文,林维明

CE_(1-X)ZR_XO_2的氧化还原性能及其对CO_2重整CH_4反应的影响    叶青;徐柏庆;

形态对钯-氢体系热力学性质的影响    唐涛

双金属氧化物和氧化物载体组分间的相互作用    陈懿

催化裂解CH_4制备不同形貌的碳纳米管    吴国涛,朱光明,尤金跨,林祖赓

催化裂解CH_4或CO制碳纳米管结构性能的谱学表征    陈萍,张鸿斌,林国栋,蔡启瑞

CH_4、CO_2、O_2制合成气用Ni-Ce/Al_2O_3催化剂的XPS研究    宋一兵,陈德平,林维明

六铝酸盐的结构及其在甲烷制氢中的应用    段华超,刘源,李增喜,闻学兵

流化床中甲烷催化裂解制备碳纳米管和氢气    刘唐,骞伟中,汪展文,魏飞,金涌,李俊诚,李永丹

测定铝镍合金中的铝和镍    邵永添,麦丽碧

水中Ni简易快速测量装置的研制    赵进沛,刘卫,徐书显,李华军

六铝酸盐催化剂上甲烷与二氧化碳重整反应的研究    纪敏,毕颖丽,甄开吉,吴越

Ni(SAA)_2~(2-)-鲁米诺-K_2S_2O_8体系研究及应用    李绍卿,王叙明,许军利,支轩浩

铼在镍中的扩散行为研究    曾强,马书伟,郑运荣,张德堂,王丽娟

Ni-Ti合金在650-850℃空气中的氧化行为研究    曾潮流,刘国强,吴维

纯Ni中氢致开裂的透射电镜原位观察    李金许,王燕斌,乔利杰,褚武扬

添加镍元素对烧结Ag-ZnO电触头性能的影响    范莉

Ni-ZrO_2金属陶瓷电极材料的研究    夏风,钱晓良,刘石明,刘光葵,孙尧卿

超细(纳米)钛酸钡镍基催化剂的溶胶-凝胶法制备与催化活性    黎先财,罗来涛

甲烷裂解制清洁氢气中活性碳催化性能的研究    贺苗;王乃燕;陈久岭;李永丹;

有机硫聚合物处理对Ni/γ-Al_2O_3催化剂萘加氢性能的影响    任世彪;张萍;水恒福;雷智平;王知彩;康士刚;沈正金;

镍铬合金镀金前后Ni~(2+)离子析出量的比较研究    陈湘涛;

LNG储罐用9%Ni钢镍基焊条的研制    吴智武;王移山;李少华;李箕福;

Ni箔中间层对不锈钢/铝合金激光深熔焊的影响    陈树海;黄继华;马柯;夏军;张华;赵兴科;

基于亲水性分子印迹聚合物/Ni纤维复合材料的电化学传感器快速检测地表水中痕量2,4-二硝基酚    荆涛;梅素容;周宜开;

Ni掺杂对填充方钴矿材料价带结构的影响    刘睿恒;杨炯;张文清;陈立东;杨继辉;

复杂结构件中Ni基高温合金枝晶的生长规律    孟祥斌;李金国;金涛;孙晓峰;胡壮麒;

相图模拟在Ni基单晶高温合金生长工艺改进中的应用    孙乃荣;张澜庭;李志刚;单爱党;

Ni微粒大小对电磁流变液性能的影响    谭锁奎;宋晓平;赵红;纪松;郭红燕;

NI最新推幽射频矢量信号分析仪和矢量信号发生器    

芬兰NIXU公司    

稀土高科 机遇降临    世基投资

小娃娃做成大名牌    曹文

营造企业的先发优势    张国章

一部“大片”背后引出：密码战史话    国风

美国森林灭火中的直升机    金绮

海泰电子：领跑中国VI    本报记者 周培玉 王一文

沈阳市场    付宁

渠道：市场竞争的重要环节    

镍基和铁基催化剂上甲烷催化裂解反应的研究    李斗星

Ni催化剂催化乙醇重整制氢的研究    王文举

Ni基催化剂上甲烷二氧化碳重整制合成气的研究    张安杰

Ni金属催化剂催化甲烷部分氧化制合成气的研究    洪学斌

碱性聚合物电解质燃料电池阳极Ni基催化剂研究    唐道平

Ni基双金属催化的CH_4/CO_2重整反应中积碳问题的研究    刘红艳

骤冷骨架Ni和纳米Pt/C催化芳环和硝基加氢的研究    荣泽明

Ni合金相图、相平衡及相变的热力学研究    熊伟

MgZn（Ni）O薄膜制备及垂直结构紫外探测器特性研究    赵延民

BGA结构Cu(Ni)/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni(Cu)微焊点显微组织形成和演化及剪切断裂行为的尺寸效应    李勋平

负载型Ni基甲烷催化裂解催化剂的研制    王文华

流化床中甲烷催化裂解制氢的研究    陈小翠

NI方案治疗复发或难治性非霍奇金淋巴瘤的临床分析    张梦玮

Ni基催化剂催化乙醇蒸汽重整制氢的研究    李茂帅

高水热稳定Ni/γ-Al_2O_3催化剂的制备及丁炔二醇加氢研究    徐亚琳

氢能载体甲基环己烷在Ni/γ-Al_2O_3催化剂上的脱氢反应研究    陈卓

空心微球化学镀Ni和FeNi工艺及机理研究    汪超

Ni基铁磁性形状记忆合金的结构、磁性及马氏体相变研究    赵利青

反相微乳法制备Ni基纳米复合催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢的研究    黄思富

铝基Pd与Ni催化剂生物质气催化燃烧的实验研究    秦晓楠