Ni基生物质焦油重整催化剂的研究进展

Ni基催化剂对生物质气化过程中生成焦油的催化裂解重整具有较好的催化活性,但在催化反应中存在容易积炭进而失活的现象。如何提高Ni基催化剂的催化活性和抗积炭能力是Ni基催化剂研究中的难点。本文从催化剂的活性组分、载体和助催化剂3个方面入手,详细综述了近几年关于提高Ni基生物质焦油重整催化剂催化活性和抗积炭能力的研究进展,讨论了催化剂的活性组分、载体和助催化剂对催化剂催化活性的影响。指出Ni-Fe、Ni-Co、Ni-Cu催化剂均表现出比Ni基催化剂更好的催化活性,助剂的加入有利于提高吸附剂的抗积炭能力和抗烧结能力;催化剂载体方面,钙钛矿型混合金属氧化物载体、煤焦和生物质焦载体具有较好的研究前景。     

Ni基重整催化剂失活机理研究进展

H₂是一种清洁、绿色的燃料和能源载体。目前工业上应用较为成熟的生产工艺是重整反应制氢。其中，Ni基重整催化剂由于其高储量、高活性和低成本的优点而受到研究人员的广泛关注，但在反应过程中存在易因烧结、积炭和中毒等原因而失活的问题。因此，如何提高Ni基重整催化剂的反应稳定性是一个急需解决的问题。本文介绍了上述三种引起Ni基重整催化剂失活的主要原因，并从调控金属Ni粒子粒径、增强金属-载体相互作用、形成晶格氧或表面氧物种以及Ni粒子纳米结构调控四个方面阐述了近年来在抑制失活并提高Ni基重整催化剂反应性能和稳定性领域所取得的研究进展，并且提出优化反应条件、调变化学组成和调控Ni粒子纳米结构将是提高Ni基催化剂在重整反应过程中的稳定性的有效方法。     

空气低温等离子体对Ni基催化剂的改性作用

用平行板电极电晕放电模式．对甲烷部分氧化制合成气反应中的Ni基催化剂采用空气低温等离子体处理．对等离子体处理前后催化剂的活性和选择性进行了评价,同时也对这些催化剂进行了热重(TG)和光电子能谱(XPS)等表征。结果发现等离子体处理后能提高催化活性、选择性和抗积炭性,处理前后催化剂表面Ni的化合价态及体相晶态均未发生变化。     

催化重整生物质焦油的Ni基催化剂中常见助剂和载体的研究进展

Ni基催化剂作为催化重整生物质焦油过程中一种高效的催化剂,仍然存在易烧结、易积炭等问题,使得其活性和稳定性难以得到保证。通过添加合适的助催化剂和使用催化剂载体可有效缓解Ni基催化剂的烧结与积炭问题。介绍了稀土元素Ce、磁性元素Fe和Co、碱土金属Ca和Mg作为助催化剂,以及天然矿物材料白云石和橄榄石、天然加工材料煅烧贝壳和稻壳炭、合成材料β-Al₂O₃和SBA-15作为载体的Ni基催化剂的研究进展,并展望了今后的研究方向。     

甲烷干重整Ni基催化剂失活及抑制失活研究进展

使用甲烷和二氧化碳为原料,通过甲烷干重整反应可以将其转化为合成气。由于此反应可以利用甲烷和二氧化碳这两种温室气体,因而近年来受到了研究人员广泛的关注。其中,反应所使用的Ni基催化剂由于其较高的活性和较低的成本得到了较为深入的研究。针对甲烷干重整Ni基催化剂,本文简要介绍了几种常用的制备方法,并指出了在反应条件下存在的活性组分Ni的烧结和积炭的生成这两个问题,还详细分析了其各自的影响因素。另外,还从使用特殊载体、添加助剂以及构造特殊结构三方面阐述了甲烷干重整Ni基催化剂的失活解决方案,并指出解决催化剂的烧结和积炭问题是当前该领域的研究重点。     

复合镍基催化剂表面纳米团簇结构的调控及其催化应用

利用新型等离子体技术,将常压放电冷等离子体炬应用于催化剂制备,研究了制备方法、载体、活性组分和助剂对复合镍基催化剂表面纳米团簇结构的调控效果;并分析了催化剂表面纳米团簇结构的形成机理和催化剂性能的构效关系。结果表明:采用冷等离子体炬直接焙烧还原可调控表面纳米团簇;以-γAl2O3为载体的Ni催化剂(PCR)具有较高的活性和稳定性;活性组分Ni对表面纳米团簇结构的调控效果较好,添加量为12%(质量分数)时,表面纳米团簇高度分散,其尺寸约5 nm;助剂Mg添加可有效提高催化剂活性,合适的添加量为1%,且催化剂仍保持良好的表面纳米团簇结构,尺寸约5 nm;表面纳米团簇结构优化后的催化剂抗积炭能力明显提高。     

一锅法制备高活性高稳定性Ni-Nd-Al三元有序介孔甲烷化催化剂

CO甲烷化在煤制天然气技术中起着重要作用,Ni基催化剂作为目前研究最多的甲烷化催化剂,仍存在低温活性差、高温易烧结和易积炭等问题。针对这些问题,采用改进的溶剂蒸发诱导自组装方法,设计制备了不同含量Nd物种修饰的Ni-Nd-Al三元有序介孔甲烷化催化剂。采用N_2-物理吸附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等分析方法对反应前后催化剂的结构和形貌进行了表征,并考察其CO甲烷化反应催化性能。结果表明,制备出的Ni-Nd-Al甲烷化催化剂均具有有序介孔结构,Ni和Nd物种均匀分布在孔道内。适量Nd物种的加入有助于减小Ni颗粒的尺寸,提高其分散度和对H_2的吸附能力,进而提升催化剂的活性。有序介孔结构的限域效应有助于提高催化剂抗烧结和抗积炭能力。     

助剂钾对镍基催化剂性能影响研究进展

镍基催化剂是生物质气化及焦油转化过程中活性最高的催化剂之一,但容易因积炭失活影响寿命,降低制氢过程的经济性。添加助剂不仅可以有效提高催化剂的抗积炭能力,还可以提高催化剂的稳定性。本文综述了助剂钾对镍基催化剂抗积炭能力及反应活性的影响,分析了助剂钾影响积炭生成和积炭气化的机理。助剂钾能够提高镍基催化剂的抗积炭能力,抑制催化剂的烧结,提高催化剂的稳定性。未来的研究方向是进一步考察助剂钾的种类、添加方式对镍基催化剂的抗积炭能力及焦油转化活性的影响与本质原因,以制备出具有高活性、高抗积炭能力、长寿命的生物质气化镍基催化剂。     

基于强抗积碳的CO_2重整镍基催化剂的研究进展

针对甲烷-二氧化碳重整用Ni基催化剂易于高温积碳失活问题,系统总结了重整催化剂的抗积碳性能的影响因素,分析了载体的载氧性、表面酸碱性和载体孔道结构与抗积碳性之间的关系,探讨了助剂改性催化剂表面酸碱性、金属与载体相互作用和活性组分的分散度对抗积碳性的影响,揭示了特殊场物理技术改性的催化剂表面活性组分Ni粒子尺寸和分散度与催化剂抗积碳性之间的关联度,阐释了Ni基催化剂积碳的原因,提出了改善重整催化剂的抗积碳性的具体方法和措施,并展望了强抗积碳的重整催化剂的发展趋势。     

一锅法制备高活性高稳定性Ni-Nd-Al三元有序介孔甲烷化催化剂

CO甲烷化在煤制天然气技术中起着重要作用,Ni基催化剂作为目前研究最多的甲烷化催化剂,仍存在低温活性差、高温易烧结和易积炭等问题。针对这些问题,采用改进的溶剂蒸发诱导自组装方法,设计制备了不同含量Nd物种修饰的Ni-Nd-Al三元有序介孔甲烷化催化剂。采用N₂-物理吸附、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等分析方法对反应前后催化剂的结构和形貌进行了表征,并考察其CO甲烷化反应催化性能。结果表明,制备出的Ni-Nd-Al甲烷化催化剂均具有有序介孔结构,Ni和Nd物种均匀分布在孔道内。适量Nd物种的加入有助于减小Ni颗粒的尺寸,提高其分散度和对H₂的吸附能力,进而提升催化剂的活性。有序介孔结构的限域效应有助于提高催化剂抗烧结和抗积炭能力。     

CeO2助剂对Ni基催化剂甲烷化性能的影响

甲烷化工艺是煤制天然气的关键技术,甲烷化催化剂则是甲烷化技术的核心。Ni基催化剂具有活性高、选择性好和价格低廉等优点,但易积炭,积炭堵塞催化剂孔道,覆盖表面金属活性位,导致催化剂失活。稀土类金属氧化物（如CeO₂、La₂O₃等）对Ni基催化剂的活性、稳定性、抗积炭性能以及活性组分的分散有明显的促进作用。采用共沉淀法制备了CeO₂-La₂O₃复合氧化物载体,负载Ni后用于CO甲烷化反应,利用N2物理吸附、XRD、H₂-TPR、XPS和TG等对催化剂结构进行表征。结果表明,Ni/CeO₂-La₂O₃中CeO₂的添加主要发挥了电子助剂的作用,CeO₂的存在提高了催化剂表面Ni0周围的电子密度,促进Ni物种的还原,同时还能提高催化剂的抗积炭能力,使催化剂表现出更好的甲烷化活性与稳定性。在V（H₂）∶V（CO）=1、反应温度450 ℃、空速24 000 h^-1和常压下,Ni/CeO₂-La₂O₃催化剂的CO转化率达82.7%。     

Steam reforming of n-hexadecane over noble metal-modified Ni-based catalysts

Steam reforming of n-hexadecane, a main constituent of diesel, over noble metal-modified Ni-based hydrotalcite catalyst was carried out in a temperature range of 700–950 °C, at an atmospheric pressure with space velocity of 10,000–100,000 h⁻¹ and feed molar ratio of H₂O/C = 3.0. The catalysts were prepared by a co-precipitation and dipping methods. The noble metal-modified Ni-based hydrotalcite catalyst displayed higher resistance for the sintering of active metal than the Ni-based hydrotalcite catalyst prepared by the conventional method. It was found that the Rh-modified Ni-based catalysts showed high resistance to the formation of carbon compared to Ni-based catalysts. The results suggest that Rh-modified Ni-based catalyst can be applied for the steam reforming (SR) reaction of diesel.     

天然气蒸汽重整制氢技术研究现状

甲烷水蒸汽重整是目前广泛应用的制氢方法,具有工艺成熟、装置运行可靠、经济性强、环保和资源合理利用等优点,在适应大规模生产方面具有不可比拟的优势,但面临着工业设备投资大及催化剂易积炭失活的问题。国内外对甲烷水蒸汽重整的重点研究方向是制备高活性、高稳定性和强抗积炭性能的催化剂以及研制低水碳比条件下应用的催化剂,有效降低能耗。甲烷水蒸汽重整催化剂分为非贵金属催化剂、负载贵金属催化剂和过渡金属碳化物及氮化物催化剂,这些催化剂均能在高空速下使反应达到热力学平衡,甲烷转化率和CO/H2选择性均很高。金属活性组分负载量、载体、助剂及负载过程对催化剂活性、稳定性和选择性有重要的影响。同时,在甲烷水蒸汽重整反应过程中,催化剂活性组分的烧结、重新组合以及催化剂表面的积炭均可以引起催化剂失活,其中,催化剂表面积炭是最主要的影响因素,积炭反应是发生C—H和C—C键断裂后的表面碳聚反应,可引起活性中心中毒,堵塞孔道,甚至使催化剂粉化。积炭反应的影响因素包括添加稀土金属氧化物、催化剂制备工艺和催化剂的载体。     

煤基合成气甲烷化用镍基催化剂失活热力学和抗失活预测

利用热力学数据对煤基合成气甲烷化用镍基催化剂硫中毒以及积炭热力学进行了详细的计算。计算发现,活性金属Ni、Mo在甲烷化反应条件下与H₂S、COS发生反应是自发进行的过程。10^-10数量级分压的H₂S含量、10^-14数量级分压的COS含量即可使镍金属活性组分生成硫化镍而使催化剂失活;当Mo作为助剂添加到Ni基催化剂时,硫含量不能超过10^-6数量级。不同温度区间发生的积炭反应类型不同,当温度为633.15～898.15K时,积炭反应主要以CO歧化反应、CO还原反应为主;898.15～983.15K时以CH₄裂解反应为主。另外,在0.1MPa下,添加摩尔分数为11.11%及以上含量水蒸气可以避免积炭。     

稀土镱助剂及制备方法对镍基催化剂天然气水蒸气重整性能的影响

着重考察了稀土助剂Yb及两种浸渍制备法(共浸渍和分步浸渍)对Ni/γ-Al2O3型重整催化剂的活性、抗积炭性以及抗烧结性的影响,并与稀土助剂La、Ce进行了比较,进而通过催化剂的BET、XRD、TPR、H2化学吸附、TG表征,对其影响机理进行了讨论.实验结果表明:添加稀土助剂能够有效提高活性金属Ni的分散度,从而提高其...     

Ni与Co催化乙醇制氢研究进展

乙醇制氢具有环保、清洁、可持续等优点,其关键在于选择合适的催化剂。相较于贵金属催化剂而言,Ni与Co基催化剂因其具有成本低且活性高的优点,近年来在乙醇催化制氢中逐渐成为研究热点。然而Ni与Co基催化剂在催化乙醇水蒸气重整制氢的过程中仍存在着稳定性较差、低温催化活性低和使用寿命较短等问题。本文介绍了乙醇制氢的机理,围绕载体的类型及催化剂活性纳米颗粒的合金化改性,综述了近年来Ni与Co基催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢的研究现状,总结了提高催化剂性能的方法及措施,并展望了Ni与Co基催化剂未来的发展方向,为颗粒尺寸小且低温催化活性高、稳定性好的Ni与Co基催化剂的制备提供思路。     

TEM evidence for factors affecting the genesis of carbon species on bare and K-promoted Ni/MgO catalysts during the dry reforming of methane

The structure and morphology of carbon species generated under dry reforming of methane (DRM) at 650 and 800°C on ‘bare’ and ‘K-doped’ Ni/MgO catalysts have been comparatively investigated by Transmission Electron Microscopy (TEM) analyses of ‘used’ samples. K-addition (K_at/Ni_at, 0.125) strongly improves the resistance of the Ni/MgO catalyst to coking and sintering phenomena at any temperature. At 650°C, an extensive formation of filamentous (whisker carbon) carbon species on bare Ni/MgO catalyst causes the detachment of a large number of Ni particles from the support with a consequent destruction of the structure and remarkable sintering phenomena of the active phase. Considerably lower amounts of carbon deposits with a shell-like (encapsulating carbon) morphology, forming at 800°C on both catalysts, point to the Bouduard reaction as the main route of carbon deposition on Ni-based catalysts during DRM. The electronic effect induced by potassium on the active phase of the Ni/MgO system, timely monitored by a rise in E_app of DRM from 50 to 70 kJ/mol, markedly hinders the rate of coking also affecting the morphology of carbon whiskers, by inhibiting the processes of C diffusion and nucleation across Ni particles under steady-state conditions.