[发明专利]使用金属氧化物载体的干重整催化剂和通过使用其制备合成气的方法

说明书

本发明涉及一种其中的活性物质浸渍在金属氧化物载体的表面上并且该活性物质被表面活性剂包围的干重整催化剂，一种制备该干重整催化剂的方法，以及一种使用该催化剂生产合成气的方法。由于该活性物质的表面上的该表面活性剂防止该活性物质被烧结和该活性物质表面被碳覆盖，所以该干重整催化剂在高温下长时间呈现高活性而不必使用贵金属，因此可用于合成气的生产。

技术领域

本发明涉及一种包含金属氧化物载体的干重整催化剂以及一种使用该干重整催化剂生产合成气的方法，更具体地涉及一种其中的表面覆盖有表面活性剂的活性物质纳米颗粒均匀分布在金属氧化物的表面并且即使在高温下依然稳定且呈现高活性的催化剂以及一种使用该干重整催化剂生产合成气的方法。

发明背景

大气中二氧化碳浓度的增加造成了各种问题。因此，在世界范围内积极地进行将二氧化碳转化为有用物质的研究。特别地，甲烷的干重整反应是通过使二氧化碳与甲烷在催化剂的存在下在高温反应而产生在工业上有用的合成气(氢气和一氧化碳的混合物)，并且在世界范围内得到了广泛研究的反应(CH₄+CO₂2H₂+2CO，ΔH°₂₉₈＝247.3kJ/mol)。由此产生的合成气可直接用于合成多种化学物质或碳氢化合物的反应，因此具有高附加值。尽管有这种优势，但因该催化剂的不稳定性及其低活性，该反应尚未投入实际应用。甲烷的干重整反应随温度升高而显示出更高的转化，因此该反应应该在催化剂的存在下在600℃或更高的温度下进行，以获得高纯度产物。然而，当该催化剂长时间暴露在高温下时，活性金属会被烧结以致其活性表面减少，或者活性金属表面会被作为表面上的副反应产物的碳覆盖，因此活性通常会趋于随时间而降低。一般而言，使用贵金属会降低副反应和烧结的程度，因此可以长时间保持催化剂稳定性。然而，由于这些贵金属极其昂贵，因此已经进行了各种尝试以使用廉价金属合成催化剂(Pakhare,D.等人,Chem Soc Rev 2014,43(22),7813-7837；Xie,T.等人,Chem Commun 2014,50(55),7250-7253；Kawi,S.等人,Chemsuschem 2015,8(21),3556-3575)。

相应地，本发明人为解决上文描述的问题做出了广泛努力，结果发现若在催化剂合成中使用镍和钼连同氧化镁，则可以在不必使用贵金属的情况下制备长时间呈现高活性和稳定性且即使在高温下也不会失活的催化剂，并且使用该催化剂可生产合成气，由此完成本发明。

发明概述

本发明的目的是提供一种长时间呈现高活性和稳定性且即使在高温下也不会失活的催化剂以及一种制备该催化剂方法。

本发明的另一个目的是提供一种使用该催化剂生产合成气的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种干重整催化剂，其中活性物质浸渍在金属氧化物载体的表面上，并且该活性物质被表面活性剂包围。

本发明还提供了一种制备催化剂的方法，其包括：(a)通过将活性物质前体、金属氧化物载体和表面活性剂溶于多元醇溶剂中来获得混合物；并且(b)通过向该混合物中添加还原剂来制备催化剂，其中该活性物质浸渍在该金属氧化物载体的表面上。

本发明还提供了一种用于干重整甲烷的方法，该方法包括通过使甲烷与二氧化碳在该干重整催化剂的存在下在600℃至800℃下反应而产生由氢气和一氧化碳构成的合成气。

附图简述

图1是本发明实施例中制备的催化剂的透射电子显微镜(TEM)图像。

图2是根据本发明的干重整催化剂的示意图。

图3是本发明实施例1中制备的催化剂的示意图。

图4是本发明实施例1中制备的催化剂的X射线衍射图像。

图5是本发明实施例1中制备的催化剂的氮吸附曲线。