[发明专利]纳米含镍三元类水滑石化合物催化剂的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化材料与多相催化领域，特别是一种用于二氧化碳重整甲烷反应的纳米含镍三元类水滑石化合物催化剂的合成方法。

背景技术

二氧化碳重整甲烷反应是利用天然气和煤层气资源的有效途径之一，也是利用二氧化碳的重要方法，而且对环境保护也具有重要的意义。长期以来，研制高效、稳定的Ni基催化剂一直是利用二氧化碳重整甲烷反应过程中的焦点。目前最有工业化前景的Ni基催化剂容易积炭而失活，其主要原因是催化剂对二氧化碳的吸附能力较差，催化剂的消炭反应小于积炭反应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于提高二氧化碳重整甲烷反应的活性和稳定性的纳米含镍三元类水滑石化合物催化剂的合成方法。

本发明将纳米材料的优异性能与镁铝型水滑石的结构相互结合，一方面充分发挥纳米材料的优异催化性能，另一方面利用水滑石的较大的比表面积和适宜的孔径分布。同时在镁铝水滑石结构引入镍组分，引入的镍熔入水滑石结构中能与之形成较强的相互作用，形成较稳定的活性中心，从而提高催化剂的稳定性，并能提高活性组分的上载量，增加稳定的活性中心数。

本发明涉及的催化剂的组成：纳米含镍三元类水滑石化合物催化剂的质量组成：Ni、Mg和Al分别为20～30％、15～20％和50～65％。

本发明涉及的催化剂的制备方法具体步骤为：

按照(2～3)∶(1.5～2)∶(5～6.5)的质量比例将1.0mol/L的Ni(NO)₂和Mg(NO)₂及0.5mol/L的Al(NO)₃溶液混合，在连续搅拌和超声波共同作用下，按照10～13g尿素每100mL的混合溶液将尿素加入混合液中，升温至80～95℃反应4～6h，陈化18～30h，过滤，并将滤饼加入质量份6～10倍的正丁醇中，搅拌2～3h后，用蒸馏装置将正丁醇与水的共沸物蒸出并回收正丁醇；所得粉体为纳米含镍三元类水滑石化合物，平均粒径为45nm。

本发明成本低，对环境和设备不造成污染，所制备的催化剂具有高活性、高选择性和高稳定性。

具体实施方式

实施例：

催化剂的组成为：Ni、Mg和Al分别为30％、20％和50％(质量比)。

具体步骤：按照3∶2∶5的质量比例将1.0mol/L的Ni(NO)₂和Mg(NO)₂及0.5mol/L的Al(NO)₃溶液混合，在连续搅拌和超声波共同作用下，按照12g尿素每100mL的混合溶液将尿素加入混合液中，升温至90℃反应5h，陈化24h，过滤，并将滤饼加入质量份6倍的正丁醇中，搅拌2h后，用蒸馏装置将正丁醇蒸出并回收。所得粉体为纳米含镍三元类水滑石化合物。运用XRD表征技术结果表明，含镍三元类水滑石化合物的平均粒径为45nm。热分析结果表明该化合物在900℃范围内具有较好的热稳定性。纳米含镍三元类水滑石化合物主要物理性能如下：

表1.纳米含镍三元类水滑石化合物主要物理性能

    性能名称    性能指标    S_BET    112.3m²/g    孔容    2.45cc/g    平均孔径    9.346nm

催化剂活性评价在固定床流动反应装置上进行，将0.200g催化剂(40-60目)置于U型反应器中，在750℃于H₂中还原1h。反应条件为：混合反应气CO₂/CH₄＝1、空速22900ml/(h·g催化剂)、反应温度800℃、常压.气相色谱在线分析，TDX-01柱，TCD检测.二氧化碳和甲烷的转化率在95％以上，一氧化碳和氢气的选择性在90％以上，反应200h后催化剂活性无明显下降。