鎳基催化劑對(duì)二氧化碳重整甲烷影響研究報(bào)告

1、-. z畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目鎳基催化劑對(duì)二氧化碳重整甲烷影響研究TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc25397摘要 III)鞏義市予華儀器*公司恒溫加熱磁力攪拌器DF-101D鞏義市予華儀器*公司箱式電阻爐5-12科恒實(shí)業(yè)開(kāi)展電爐溫度控制器KSY-6-16市永光明醫(yī)療儀器廠電熱恒溫培養(yǎng)箱HP*-9162博迅實(shí)業(yè)醫(yī)療設(shè)備廠電子天平AR2130奧豪斯公司2.2催化劑的制備本實(shí)驗(yàn)的催化劑采用共沉淀法制備，步驟如下：(1)稱(chēng)取Ni(NO3)26H2O、Co(NO3)26H2O、Ce(NO3)26H2O、LaN3O96H2O分別為0.5505g、0.1527g、0.0958g、0.0

2、96g，然后分別倒入四個(gè)規(guī)格一樣的燒杯中并對(duì)燒杯進(jìn)展編號(hào)處理;(2)編號(hào)后的四個(gè)燒杯分別參加30ml去離子水溶解后，再參加MCM-41;(3)各個(gè)燒杯均參加氨水，使其生成沉淀，并用pH劑進(jìn)展測(cè)量，全部調(diào)節(jié)pH值至11；(4)pH值調(diào)好后，分別倒入三口燒瓶中，同樣對(duì)燒瓶進(jìn)展編號(hào)處理，然后轉(zhuǎn)移至恒溫磁力攪拌器中，在70下持續(xù)攪拌老化2h；(5)將老化后的催化劑進(jìn)展過(guò)濾、洗滌三次去離子水水洗，三次醇洗，再三次去離子水水洗后，轉(zhuǎn)移至燒杯中，再放入110烘箱中枯燥12h；(6)將枯燥后的催化劑轉(zhuǎn)移至坩堝中并把成塊狀的催化劑搗碎為粉末狀，此時(shí)催化劑應(yīng)盡量緊貼于坩堝壁以保證其在焙燒過(guò)程中受熱均勻到達(dá)較好的傳

3、熱效果，同樣對(duì)坩堝進(jìn)展編號(hào)處理，然后放入馬弗爐中160到550下進(jìn)展焙燒，在550焙燒4h后，調(diào)節(jié)到50逐步降溫到室溫，再取出裝有催化劑的坩堝，把催化劑裝入袋中并進(jìn)展標(biāo)注后備用。2.3各種計(jì)算以及校準(zhǔn)校正因子計(jì)算方法：CO2 、CO、CH4、H2校正因子的計(jì)算方法：先用循環(huán)水真空泵抽凈取樣球膽的氣體，約抽取1h，然后用取樣球膽分別接取適量的CO2、CO、CH4、H2，先翻開(kāi)保護(hù)氣體氬氣再翻開(kāi)氣象色譜儀預(yù)熱，設(shè)置保護(hù)溫度300，柱箱1溫度50，檢一溫度120，氣化室溫度120，氣相色譜儀載1壓力應(yīng)為0.1Mpa，待色譜穩(wěn)定后，翻開(kāi)熱導(dǎo)橋流80mA，信號(hào)極性為負(fù)，輸出調(diào)零511，熱導(dǎo)保持開(kāi)，以進(jìn)樣

4、針取樣，分別取0.1ml、0.2ml、0.3ml、0.4ml、0.5ml、0.6ml、0.7ml、0.8ml、0.9ml、1.0ml十個(gè)點(diǎn)，分別測(cè)試三次后取算術(shù)平均值，再與各個(gè)色譜中最大的峰面積讀取值進(jìn)展擬合得出線性方程公式，所得R值需至少有2個(gè)9。轉(zhuǎn)子流量計(jì)校正：H2、Ar轉(zhuǎn)子流量計(jì)的校正：翻開(kāi)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，通入氣體后，H2分別在轉(zhuǎn)子流量計(jì)上分別取16ml、28ml、32ml、40ml、44ml五個(gè)點(diǎn)，Ar分別在轉(zhuǎn)子流量計(jì)上分別取24ml、48ml、60ml、72ml、100ml五個(gè)點(diǎn)，每次待流量計(jì)穩(wěn)定后進(jìn)展測(cè)試，記錄下皂膜通過(guò)皂膜流量計(jì)的時(shí)間，每個(gè)點(diǎn)取樣3次取平均值，然后對(duì)實(shí)際流量和設(shè)定流量

5、進(jìn)展擬合，得出線性公式，所得R值需至少有2個(gè)9。質(zhì)量流量計(jì)的校正：CO2、CH4質(zhì)量流量計(jì)的校正：翻開(kāi)質(zhì)量流量計(jì)，通入氣體后，分別在質(zhì)量流量計(jì)上分別取10ml、18ml、24ml、30ml、38ml五個(gè)點(diǎn)，每次待流量計(jì)在指示位置穩(wěn)定后進(jìn)展測(cè)試，記錄下皂膜通過(guò)皂膜流量計(jì)的時(shí)間，每個(gè)點(diǎn)取樣3次取平均值，然后對(duì)實(shí)際流量和設(shè)定流量進(jìn)展擬合，得出線性方程公式，所得R值需至少有2個(gè)9的。2.4計(jì)算公式及裝置圖和反響流程圖實(shí)驗(yàn)反響裝置圖FORMTE*T氣體混合室FORMTE*T催化劑FORMTE*T冷凝器FORMTE*T枯燥管 FORMTE*T 色譜分析儀實(shí)驗(yàn)反響流成圖2.5催化劑的表征*RD 即*射線的衍

6、射。其根本原理就是以短波射線將材料進(jìn)展透射處理后，即可獲知被透射材料的類(lèi)型和空間構(gòu)造，所以材料的類(lèi)型和空間構(gòu)造可以通過(guò)*RD表征來(lái)獲取。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1 Ni基催化劑對(duì)二氧化碳重整甲烷的影響本實(shí)驗(yàn)首先以10%Ni/MCM-41為基準(zhǔn)，來(lái)檢驗(yàn)其催化性能，檢測(cè)結(jié)果如圖3-1所看到的那樣。圖3-1(a)表達(dá)的是鎳基催化劑在不參加催化劑助劑情況下對(duì)CO/H2 比值的影響，結(jié)果說(shuō)明在500下催化活性較差，在800下CO/H2 比值接近于1，說(shuō)明較高溫度條件下純Ni基催化劑催化活性效果較好。圖3-1(b)表達(dá)的是沒(méi)有參加助劑的Ni基催化劑在多個(gè)溫度條件下對(duì)CO產(chǎn)率的影響，結(jié)果顯示在800高溫下CO產(chǎn)

7、率最高，將近70%，說(shuō)明純Ni基催化劑在較高溫度下催化效果較好，但產(chǎn)率并不太高，因此，單靠純Ni基催化劑來(lái)催化二氧化碳重整甲烷的反響不適于大規(guī)模工業(yè)化的應(yīng)用。圖3-1(c)和(d)表示純Ni基催化劑對(duì)不同溫度CO2和CH4轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)果說(shuō)明在800高溫下CO2和CH4轉(zhuǎn)化率最高，將近70%，但有放緩趨勢(shì)，說(shuō)明催化劑有一定的失活現(xiàn)象產(chǎn)生，但并不影響其催化效果，與上述所說(shuō)結(jié)果一致?？偟膩?lái)說(shuō)，在較高溫度下的Ni基催化劑催化活性還需加強(qiáng)。此外，從圖中可知純Ni基催化劑在500下催化活性極差，可以說(shuō)在較低溫度下的純Ni基催化劑根本不具備催化效果，其原因可能是Ni基催化劑還處于相對(duì)平衡狀態(tài)而沒(méi)有被激活

8、，因此，對(duì)于相對(duì)低溫條件下的Ni基催化劑的催化活性還有待進(jìn)一步的研究。 (a)(b)(c)d圖3-13.2 10%Ni,5%La/MCM-41對(duì)二氧化碳重整甲烷的影響本實(shí)驗(yàn)研究了添加助劑La的Ni基催化劑對(duì)催化二氧化碳重整甲烷的影響情況，結(jié)果如圖3-2所示。圖3-2(a)表示催化劑在參加助劑La的Ni基催化劑情況下對(duì)CO/H2 比值的影響，結(jié)果說(shuō)明在500到600下催化活性比純Ni基催化劑催化活性還差，在800到850下CO/H2 比值與純Ni基催化劑催化下得到的結(jié)果根本一致，說(shuō)明較高溫度條件下10%Ni,5%La/MCM-41催化活性性能較好。不同溫度條件，在10%Ni,5%La/MCM-4

9、1催化作用下，由圖3-2(b) CO產(chǎn)率可知，在850條件下CO產(chǎn)率最高，將近80% ；圖3-2(c)顯示在850條件下CO2轉(zhuǎn)化率最高，高達(dá)90% ；圖3-2(d)顯示在850條件下CH4轉(zhuǎn)化率最高，接近80% ；說(shuō)明了添加助劑La的Ni基催化劑對(duì)催化二氧化碳重整甲烷效率很高，初步具備了在較高溫度下高活性的特點(diǎn)，假設(shè)對(duì)10%Ni,5%La/MCM-41做進(jìn)一步的改良，比方提高比外表積、改善尺寸孔構(gòu)造等，同時(shí)對(duì)其穩(wěn)定性和選擇性進(jìn)展更深層次的探究就有可能獲得高活性、高穩(wěn)定性和高選擇性的催化劑，對(duì)添加助劑La的Ni基催化劑催化二氧化碳重整甲烷的工業(yè)化應(yīng)用十分有利。 (a) (b)(c) d圖3-2

10、3.3 10%Ni,3%Co/MCM-41對(duì)二氧化碳重整甲烷的影響本實(shí)驗(yàn)研究了添加助劑Co的Ni基催化劑對(duì)催化二氧化碳重整甲烷的影響情況，結(jié)果如圖3-3所示。圖3-3(a)表示催化劑在參加助劑Co的Ni基催化劑情況下對(duì)CO/H2 比值的影響，結(jié)果說(shuō)明在500至600下10%Ni,3%Co/MCM-41催化活性比10%Ni,5%La/MCM-41還差，在700到800下CO/H2 比值與添加助劑La的Ni基催化劑催化下得到的結(jié)果根本一致，說(shuō)明較高溫度條件下催化活性性能較好。不同溫度條件，在10%Ni,3%Co/MCM-41催化作用下，由圖3-3(b) CO產(chǎn)率可知，在800條件下CO產(chǎn)率最高，達(dá)

11、60% ；圖3-3(c)顯示在800條件下CO2轉(zhuǎn)化率最高，達(dá)60% ；圖3-3(d)顯示在800條件下CH4轉(zhuǎn)化率最高，接近60% ；這說(shuō)明了添加助劑Co的Ni基催化劑對(duì)催化二氧化碳重整甲烷效率不高，還不具備了在較高溫度下高活性的特點(diǎn)，并且在較低溫度下的催化活性也不太理想，其原因可能是助劑的添加不僅沒(méi)有起到助催化的性能，而且很可能在反響過(guò)程中阻礙了Ni基催化劑自身抗積炭性能的發(fā)揮甚至有可能還造成了孔道構(gòu)造的堵塞，從而導(dǎo)致了催化劑局部失活現(xiàn)象的產(chǎn)生。 (a) (b)(c) d圖3-33.4 10%Ni,3%Ce/MCM-41對(duì)二氧化碳重整甲烷的影響本實(shí)驗(yàn)研究了添加助劑Ce的Ni基催化劑對(duì)催化二

12、氧化碳重整甲烷的影響情況，結(jié)果如圖3-4所示。圖3-4(a)表示催化劑在參加助劑Ce的Ni基催化劑情況下對(duì)CO/H2 比值的影響，結(jié)果說(shuō)明在500到600下催化活性比純Ni基催化劑催化活稍差，但比添加助劑La和Co的Ni基催化劑的催化活性有所改善，在600到800下的情況與純Ni基催化劑和添加了助劑La和Co的Ni基催化劑根本一致，說(shuō)明10%Ni,3%Ce/MCM-41的催化性能相對(duì)較好并且初步具備了一定的穩(wěn)定性和催化活性。不同溫度條件，在10%Ni,3%Ce/MCM-41催化作用下，由圖3-4(b) CO產(chǎn)率可知，在800條件下CO產(chǎn)率最高，高達(dá)80% ；圖3-4(c)顯示出在800條件下C

13、O2轉(zhuǎn)化率最高，高達(dá)80% ；圖3-4(d)顯示在800條件下CH4轉(zhuǎn)化率最高，高達(dá)80% ；說(shuō)明了添加助劑Ce的Ni基催化劑對(duì)催化二氧化碳重整甲烷效率較高，初步具備了在較高溫度下高催化活性的特點(diǎn)，與10%Ni,5%La/MCM-41的結(jié)果有一樣之處，假設(shè)把它們交替添加到Ni基催化劑中形成一種共混的催化劑有可能獲得更好地催化效果，同時(shí)進(jìn)一步改善催化劑的比外表積、構(gòu)造尺寸等或者通過(guò)其他的一些技術(shù)處理來(lái)探究其活性、穩(wěn)定性和選擇性，也許會(huì)獲得一種很好的催化劑。 (a) (b)(c) 圖3-4d3.5 *射線衍射*RD如圖3-5所示，此圖譜為10%Ni/MCM-41、10%Ni,5%La/MCM-41

14、、10%Ni,3%Co/MCM-41、10%Ni,3%Ce/MCM-41催化劑的*RD圖。MCM-41的特征衍射峰分別約為2=23.1o、36.7o、43.5o、62.6o、75.4o，并且La和Ce的特征衍射峰的波動(dòng)情況根本沒(méi)有，說(shuō)明助劑La和Ce的分散度較高。從圖譜中可以看出2=36o、62o左右時(shí)Co的峰強(qiáng)一直低于主峰，說(shuō)明Co的參加對(duì)催化劑產(chǎn)生顯著的影響。圖3-54結(jié)論本論文研究采用共沉淀法制備10%Ni/MCM-41、10%Ni,5%La/MCM-41、10%Ni,3%Co/MCM-41、10%Ni,3%Ce/MCM-41催化劑。研究了不同助劑的添加對(duì)催化二氧化碳重整甲烷的影響，不同

15、助劑對(duì)Ni基催化劑催化重整反響是否有促進(jìn)作用，用*RD表征了不同的催化劑。所得結(jié)論有以下幾點(diǎn)：1在溫度不太高時(shí)500-600助劑La、Co、Ce的添加對(duì)催化劑催化活性影響較大，特是助劑Ce的添加影響十分顯著；除10%Ni,5%La/MCM-41在850時(shí)催化效果最好外，其余的催化劑的最正確催化反響的溫度均在800左右。2在較高溫度時(shí)750-850助劑La、Ce的添加對(duì)催化劑催化二氧化碳重整甲烷的反響效果較好，而助劑Co的參加對(duì)重整反響作用不大，甚至比不參加助劑的Ni基催化劑的催化性能稍差。3根據(jù)*RD圖譜可知，La、Ce在催化劑外表分布較為均勻，Co的參加對(duì)催化劑產(chǎn)生了顯著的消極影響?？偟膩?lái)說(shuō)

16、，助劑La、Ce的參加對(duì)Ni基催化劑催化二氧化碳重整甲烷反響的性能良好，有利于對(duì)其進(jìn)展更深層次的探究，為尋找高活性、高穩(wěn)定性、高選擇性的催化劑提供了方向，從而有利于Ni基催化劑在催化二氧化碳重整甲烷反響中得到廣泛的工業(yè)化應(yīng)用。5致本課題是在導(dǎo)師許俊強(qiáng)教授的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，在論文的編寫(xiě)過(guò)程中得到了許教師的諸多指導(dǎo)和幫助，許教師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，開(kāi)闊的學(xué)術(shù)眼界，淵博的知識(shí)水平，一絲不茍的工作作風(fēng)，謙恭的為人，都是我們永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的典。借此，謹(jǐn)向許教師致以衷心的感！在實(shí)驗(yàn)和論文寫(xiě)作過(guò)程中，在實(shí)驗(yàn)室與師兄、師姐一起工作和學(xué)習(xí)的經(jīng)歷給我的大學(xué)生活又多添了深刻美好的記憶，他們刻苦求學(xué)的精神以及嚴(yán)謹(jǐn)、

17、創(chuàng)新的科研態(tài)度，都深深影響著我，在此表示衷心的感。最后，向所有給與我關(guān)心和幫助的教師，同學(xué)和朋友們表示最衷心的感！6參考文獻(xiàn)1 Bardford M C J，Vannice M AC02 reforming of CH4 over suppoaed Pt catalystsJJ Catal，1998，173(1)：157-1712 Qin D，Lapszewica JStudy of mi*ed steam and C02 reforming of CH4 to syngas on MgOsupported metalJCatal Today，1994，21(23)-551-5603 J R

18、Rostrup-Nidsen，J H Bak HansenC02一reforming of methane over transitionmetalsJ1993，144(I)：38494 徐恒泳，希賢，業(yè)梅，等甲烷、二氧化碳轉(zhuǎn)化制合成氣的研究I催化劑及其催化性能陰石油化工，1992，21(3)：1471535 Kresge C T, Leonowicz M E, Roth W J, Vartuli J C, Bech J S.Ordered mesoporous molecular sieve synthesisezd by a liquid- crystal template mechani

19、smJ. Nature, 1992, 359: 710-7126 Wang HY，Ruckenstei n ECarbon di o*i de of methane to synthesis gas over supportedrhodi umcatal ysts：the effect of supportJ Appl Catal A：Gen，2000，204(1) ：1431527 Luengnaruemitchai A，Kaengsilalai AActivity of different zeolite-supported Ni catalysts for methaneref orming with carbon dio*ideJ Chemical Engineering J ournal ，2008，144( I) ：96-1028 Liu D，Quek *-Y，WallHH A，Zeng G，Li Y，Yang YCarbon dio*ide reforming of methane over nickelgrafted SBA-15 and MCM4 1 catalystsJCatalysis Today，2009，148(3-4)：243-2509 石磊，瑞芹，文玉，等稀土助劑La203在CH4-C02重整反響中的應(yīng)用J化工學(xué)院學(xué)報(bào)