[发明专利]以堇青石蜂窝陶瓷为载体的镍基甲烷化催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成气甲烷化催化剂的制备与应用领域，具体是一种以堇青石蜂窝陶瓷为载体的镍基甲烷化催化剂的制备方法。

背景技术

天然气是一种高效、清洁的能源，而且运输比较方便。然而我国是一个富煤、贫油、少气的国家，天然气在我国一次能源的消费中的比例仅占3％，随着近年来天然气的需求不断越高，天然气供求矛盾日益突出。煤制天然气具有能源转化率高、耗水量低等优点，不仅可以有效缓解我国天然气供应紧张的局面，而且还能够降低煤炭资源燃烧过程中对环境的污染。工业上使用的甲烷化催化剂通常是将催化剂与一些辅料(粘结剂等)混合直接压制成特定的形状。然而这种压制型的催化剂常因选料的原因，往往存在强度低，易粉化的缺点，从而严重阻碍了催化剂的应用。为了克服这一问题，很多学者常选用强度比较大的载体来制备催化剂。堇青石蜂窝陶瓷(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)因具有较高的强度、孔隙率等优点近些年来常作为骨架材料来制备催化剂。通常蜂窝陶瓷的比表面都较小(例如堇青石蜂窝陶瓷的比表面积<1m²/g)，简单的以浸渍的方法制备的催化剂负载量较低而且不足以分散催化剂的活性组分。为了使这类催化剂具有较高的负载量同时活性组分能够均匀的分散在蜂窝陶瓷载体上，常在蜂窝陶瓷表面涂覆一层活性涂层，该涂层具有较大的比表面积足以分散催化剂的活性组分，同时与蜂窝陶瓷之间具有较强的相互作用力以保证活性组分不流失。目前，这类催化剂的制备主要是通过首先在堇青石蜂窝陶瓷表面涂覆一层活性涂层(氧化铝)之后将活性组分浸渍在活性涂层表面。然而这种制备工艺相对比较复杂，不易操作。

发明内容

本发明针对目前以堇青石蜂窝陶瓷为载体的甲烷化催化剂存在的诸多问题，提供了一种以堇青石蜂窝陶瓷为载体的镍基甲烷化催化剂的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：以堇青石蜂窝陶瓷为载体的镍基甲烷化催化剂的制备方法，其步骤为：

(1)堇青石蜂窝陶瓷(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)的预处理：去除表面杂质；

(2)高浓度镍铝溶胶的制备：

按照摩尔比为1:1称取硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)和偏铝酸钠(NaAlO₂)，加入去离子水，在70±2℃水浴环境下搅拌、水循环冷凝600min，形成镍铝溶胶，自然冷却至25℃，待用；

(3)镍基甲烷化催化剂的制备：

④将预处理后的堇青石蜂窝陶瓷浸没于镍铝溶胶中，于25℃下超声浸渍40min，随后去除堇青石蜂窝陶瓷表面多余的镍铝溶胶，然后将浸渍后的堇青石蜂窝陶瓷放置在烘箱内120℃干燥12h，烘干后的堇青石蜂窝陶瓷在微波烧结炉内、惰性气体气氛下500±2℃恒温焙烧120min，然后在惰性气体气氛下自然冷却至25℃；

⑤焙烧后的堇青石蜂窝陶瓷按照步骤④的方法重复浸渍、烘干、焙烧，循环三次即可获得以堇青石蜂窝陶瓷为载体的镍基甲烷化催化剂。

对本发明制备的以堇青石蜂窝陶瓷为载体的镍基甲烷化催化剂的形貌、色泽、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征，结论为产物催化剂颜色为深灰色，表面涂层均匀的分散在堇青石蜂窝陶瓷表面。具体使用时，将制备的催化剂储存于试剂袋内，放置于干燥器内，密封储存，并置于干燥、阴凉、洁净环境，储存温度20℃，相对湿度≦10％。其中，惰性气体为本领域的公知常识。

本发明步骤(1)中去除堇青石蜂窝陶瓷表面杂质有很多公知的方法，最为典型常见的方法为溶液化学法，即将堇青石蜂窝陶瓷浸没于盐酸或硝酸溶液中处理一段时间，随后清洗、烘干。但是本发明提供了另一种堇青石蜂窝陶瓷的预处理方法：①堇青石蜂窝陶瓷完全浸没于硝酸溶液中，60℃下处理5h，后超声洗涤至中性；②将超声后的堇青石蜂窝陶瓷放置在烘箱内120℃干燥12h；③烘干后的堇青石蜂窝陶瓷在微波烧结炉内、惰性气体气氛下500±2℃环境下恒温焙烧120min，然后在惰性气体气氛下自然冷却至25℃。本发明提供的方法较典型的溶液化学方法具有的优势为：具有良好的扩孔作用，可有效地提高堇青石蜂窝陶瓷的比表面积，后续活性组分的分散较均匀，产物的催化效果较好。