李伟作
,
赵忠奎
,
焦艳华
,
王桂茹
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62540-8
煤层气是储量十分丰富的煤炭伴生资源,也是煤炭开采中最大的安全隐患之一,同时还是重要的温室气体.研究煤层气的高效、清洁资源化利用具有资源和环境双重意义.因此,世界主要产煤国均十分重视煤层气的开发和利用.煤层气的主要成分是甲烷,目前主要通过两种方式实现其资源化利用:(1)直接转化,主要通过氧化偶联、催化氧化官能团化或脱氢芳构化等途径将其转化为高碳烃、含氧化合物及芳烃等;(2)间接转化,甲烷首先经催化重整反应制取合成气,而后再经Fischer-Tropsch合成、甲醇化和氢甲酰化等过程来合成饱和烃、烯烃、甲醇及其他含氧化物.对于前者,由于热力学限制,反应收率很低,应用前景较差,而经由合成气这一平台产物的间接转化路线被认为是一条甲烷资源化利用颇具工业前景的转化路线.因此,甲烷催化重整制合成气备受关注.研究表明,贵金属具有较好的甲烷重整催化性能,但其储量有限、价格昂贵的内在缺陷不利于甲烷大规模转化和资源化利用.Ni基催化剂具有与贵金属可比的催化活性和选择性,且其储量丰富,价格低廉,因此在甲烷重整反应中备受青睐.但是,相对于贵金属,Ni基催化剂易于积碳和烧结失活,这已成为制约其大规模工业化应用的瓶颈.迄今,大量文献报道关注如何提高Ni基催化剂的催化稳定性.而载体形貌调控是调节负载型催化剂的有效途径.本文开展了用作载Ni催化剂的氧化锆载体的形貌调控研究,以期可以有效调节载Ni催化剂的物化性质,进而调控载Ni催化剂的甲烷重整催化性能.采用水热法成功制备了松球状和鹅卵石状的单斜相氧化锆载体,进一步负载镍,制备了载镍催化剂,用于甲烷重整制合成气反应.具有分级结构的松球状氧化锆载Ni催化剂(Ni/ZrO2-ipch)展示出比鹅卵石状氧化锆和常规氧化锆纳米粒子载Ni催化剂显著好的催化活性和稳定性.采用XRD、N2吸附、TEM、H2-TPR、CO化学吸附、CO2-TPD、XPS和TGA等手段研究了松球状氧化锆载Ni催化剂高催化活性和稳定性的原因和机制.发现,其较高的催化活性主要归因于高的Ni分散度、改善的可还原性、促进的氧流动性以及较多的碱性位和较强的碱性,这些物化性质依赖于氧化锆载体的独特形貌.分级结构的松球状氧化锆载Ni催化剂高的甲烷重整催化稳定性主要源于催化剂的高抗烧结、抗积碳性能.加强的金属载体效应和介孔限域效应可以阻止金属Ni的高温烧结,而优良的抗积碳稳定性主要源于催化剂良好的氧流动性、较多的碱性位、较强的碱性以及小的Ni粒子尺寸.鉴于分级结构松球状氧化锆载Ni催化剂高的催化活性和优良的抗积碳、抗烧结稳定性,该催化剂用于甲烷重整制合成气具有广阔前景.而所制备的分级结构松球状氧化锆由于具有独特的结构和优良的热稳定性,可以作为性能优良的载体用于其他反应,尤其对于高温转化过程可望表现出明显优势.
关键词:
镍基催化剂
,
氧化锆载体
,
分级结构
,
形貌效应
,
甲烷干重整
,
合成气
,
抗积碳
段月娟
,
魏永刚
,
李孔斋
,
王华
,
祝星
,
杜云鹏
材料导报
采用共沉淀法制备了Ce-Zr-O载体,通过等体积浸渍法得到碱金属碳酸盐掺杂的M2CO3/Ce-Zr-O(M=Li,Na,K)催化剂.采用自制的小型固定床反应器考察了催化剂的甲烷转化催化活性,并利用XRD和H2-TPR对催化剂进行了表征.研究结果表明,碱金属碳酸盐的添加均不同程度地提高了Ce-Zr-O催化剂的催化活性、抗积碳性能和抗烧结性能,还改善了催化剂表面氧物种和体相氧物种的氧化还原性能.
关键词:
甲烷转化
,
碱金属碳酸盐
,
掺杂
,
抗积碳
,
抗烧结
汪宗源
,
张汉清
,
赵丹丹
,
唐电
,
张腾
材料热处理学报
通过热分解法制备Ni0.75Fe0.25催化层,研究了不同螯合剂(柠檬酸,乙醇酸和D-葡萄糖酸)对催化层的结构及抗积碳性能的影响.结果表明:热分解法制得的晶相为FeNi3相,其结构及尺寸均与螯合剂有关.氧-程序升温氧化和拉曼光谱分析表明含D-葡萄糖酸的催化层具有最佳的抗积碳能力.采用D-葡萄糖酸改性催化层制作的单电池在650℃的甲烷燃料中最大功率达289 mW·cm-2.另外,该电池在甲烷燃料中以600 mA·cm-2的电流密度下运行9h后电压仍保持初始电压的61％,而未改性的单电池电压相同运行条件下仅余53％.
关键词:
催化层
,
螯合剂
,
热分解
,
相结构
,
抗积碳
程亮
,
罗凌虹
,
石纪军
,
孙良良
,
徐序
,
吴也凡
,
胡佳幸
无机材料学报
doi:10.15541/jim20160279
以水系流延法制备阳极支撑型平板式IT-SOFC的阳极/电解质(Ni-YSZ/YSZ)半电池,通过浸渍La2O3颗粒对半电池阳极进行改性,LSM+8YSZ为阴极制备单电池.采用扫描电子显微镜(SEM)观察单电池显微结构;利用能谱(EDS)测试阳极成分;单电池以乙醇水蒸气为燃料,在750℃下利用循环伏安法测试单电池的功率密度,交流阻抗法测试单电池的阻抗.结果表明:单电池Ni/YSZ阳极孔洞中浸渍的La2O3颗粒约90 nm;浸渍改性的电池比未浸渍的电池具有更稳定的电性能,随着La2O3浸渍量越来越多,电池的电性能和稳定性越来越好,抗积碳能力越来越强.当浸渍量为2.4wt%时,以乙醇水蒸气为燃料在750℃下运行7 h后,电池衰减率仅为0.09%/h.
关键词:
固体氧化物燃料电池
,
抗积碳
,
La2O3
,
浸渍
