甲烷催化转化制合成气高导热性高稳定性催化剂的研究

把甲烷和二氧化碳高效地转化为合成气对于优化利用我国的天然气资源和减少二氧化碳排放、保护生态环境具有重要的战略意义和现实意义。本项目采用高导热性的AlN修饰具有纳米结构的Al2O3、ZrO2、SiO2等载体，制备高导热性耐高温的复合载体（如Al2O3-AlN、ZrO2-AlN和SiO2-AlN等），并采用不同的制备方法负载Ni组分，研制抗积碳、抗烧结、高稳定的Ni基催化剂。考察这类催化剂在甲烷部分氧化和甲烷二氧化碳重整反应以及它们的耦合反应中的催化行为和特点，表征催化剂的结构和体相、表面/界面的物理化学性质，考察CH4、O2、CO2、CO、H2和H2O在基催化剂上的吸附行为。考察反应中催化剂上积碳的结构、形态及含量，研究催化剂的结构和性质对催化剂抗烧结抗积碳的影响规律，揭示催化剂的结构和性质与催化剂稳定性的关系，为甲烷部分氧化和甲烷二氧化碳重整耦合反应制合成气Ni催化剂的工业应用奠定基础。

把甲烷和二氧化碳高效地转化为合成气对于优化利用我国的天然气资源和减少二氧化碳排放、保护生态环境具有重要的战略意义和现实意义。.本项目致力于研究在二氧化碳重整甲烷、氧气重整甲烷以及氧气二氧化碳双重整甲烷反应中具有强抗积碳抗烧结高稳定性的Ni基催化剂，研究催化剂的结构/性质对抗积碳抗烧结和稳定性的影响规律。本项目以高导热性的AlN作为稀释剂，考察了催化剂的导热性能对其在氧气重整甲烷反应中的抗烧结性能的影响；以碱性金属氧化物Y2O3为载体，研究了载体的酸碱性对催化剂在氧气重整甲烷反应及二氧化碳重整甲烷反应中的抗积碳性能的影响；以高热稳定性、高比表面积的有序介孔材料(如SBA-15等)为载体，采用β-环糊精(CD)改性的浸渍法制备了Ni/SBA-15-CD催化剂，研究了催化剂的颗粒大小对其在二氧化碳重整甲烷反应以及在氧气二氧化碳双重整甲烷反应中抗积碳和稳定性的影响。通过XRD、N2 吸附、TEM、H2-TPR、CO2-TPD等方法表征了催化剂的结构和性质（如晶相、比表面积、形貌尺寸、金属形态、还原行为、酸碱性质等）。.结果表明，添加高热导性物质AlN改善了Ni/Al2O3-AlN催化剂床层的导热性能，进而缓解了催化剂因烧结引起的失活；与酸性载体Al2O3相比，以碱性Y2O3为载体制备的Ni/Y2O3催化剂在氧气重整甲烷反应中具有更好的抗积碳性能；采用β-环糊精改性浸渍法制备的Ni/SBA-15-CD催化剂在二氧化碳重整甲烷反应中具有高的催化活性和强的抗积碳性能。β-环糊精添加量对Ni/SBA-15-CD催化剂的性质及其在二氧化碳重整甲烷反应中的性能也有较大影响，适量的β-环糊精的添加(n(CD)/n(Ni)=1/66~1/33)有利于活性组分Ni的分散。此外，β-环糊精改性的Ni/SBA-15-CD催化剂在氧气重整甲烷反应以及氧气二氧化碳双重整甲烷反应中也显示出了较高的催化活性及稳定性。