[发明专利]一种双孔镍基催化剂及其制备方法和在甲烷二氧化碳重整反应中的应用

说明书

本发明提供了一种双孔镍基催化剂及其制备方法和在甲烷二氧化碳重整反应中的应用，属于多孔材料领域。本发明提供的双孔镍基催化剂结构中同时存在介孔和大孔两种孔道，介孔孔道的比表面积较大，有利于提高催化剂活性，进而提高原料的转化率；大孔孔道利于反应物分子的质量传递，能够有效解决催化剂积碳的问题；而且本发明提供的双孔镍基催化剂无需使用贵金属，成本较低。实施例结果表明，本发明提供的双孔镍基催化剂应用甲烷二氧化碳重整反应中，催化剂的积碳量可降低至5wt.％，有效解决了催化剂积碳问题。

技术领域

本发明涉及多孔材料领域，尤其涉及一种双孔镍基催化剂及其制备方法和在甲烷二氧化碳重整反应中的应用。

背景技术

甲烷二氧化碳重整反应同时利用了两种温室气体作为碳源，对于解决环境问题有着重要的意义；同时因反应生成的H₂/CO比值较低，所以可直接作为F-T合成、甲烷合成的原料；另外，该反应是有较大反应热的可逆反应，所以该反应可以作为能量储存的介质。但是目前，甲烷二氧化碳重整反应无法实现工业化，主要原因是催化剂的失活问题，而失活最主要的原因则是催化剂的积碳问题，积碳会引起催化剂活性中心碳覆盖和孔道阻塞，严重的还会引起催化剂的粉化，使催化剂的活性下降乃至丧失。所以设计出抗积碳性能高的催化剂是目前最主要的任务。

积碳可以分为无定型碳、丝状碳和石墨碳。无定型碳在反应中活性较高，极易被活化，而导致催化剂失活的主要积碳物种则是丝状碳和石墨碳。无定型碳若未及时与二氧化碳反应被消除掉，就会转化为丝状碳和无定型碳，使之不能被消除掉，所以应采取措施使生成的无定型碳尽可能的与二氧化碳反应生成一氧化碳，抑制丝状碳和石墨碳的形成，以延长催化剂的使用寿命。

陶凯等制备了一系列Pt/SiO₂双孔结构催化剂用于甲烷二氧化碳重整反应中，但由于其制备成本太高，并不适合大规模的生产。

发明内容

本发明提供了一种双孔镍基催化剂及其制备方法和在甲烷二氧化碳重整反应中的应用。本发明提供的双孔镍基催化剂应用在甲烷二氧化碳重整反应中，能够有效解决催化剂的积碳问题，而且本发明提供的双孔镍基催化剂无需使用贵金属，成本较低。

本发明提供了一种双孔镍基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将三嵌段共聚物P123、镍源和铝源在有机溶剂中混合后，加入浓硝酸，然后再加入聚苯乙烯微球分散液，得到混合料液；

(2)对所述步骤(1)得到的混合料液依次进行干燥和焙烧处理，得到双孔镍基催化剂。

优选的，所述步骤(1)中三嵌段共聚物P123、镍源、铝源和聚苯乙烯微球分散液的用量比为1～2g:0.05～0.5g:2～4g:1～2mL。

优选的，所述步骤(1)中三嵌段共聚物P123在有机溶剂中的浓度为7×10^-3～9×10^-3mol/L。

优选的，所述步骤(1)中镍源包括硝酸镍；铝源包括异丙醇铝。

优选的，所述步骤(1)中浓硝酸和有机溶剂的体积比为1～5：5～15。

优选的，所述步骤(2)中干燥的温度为50～70℃，时间为48～96h。

优选的，所述步骤(2)在空气气氛下进行焙烧，所述焙烧的温度为600～800℃，时间为3～5h。

本发明还提供了上述方案所述方法制备得到的双孔镍基催化剂，所述双孔镍基催化剂中同时存在介孔和大孔，所述介孔的孔径为4～10nm，所述大孔的孔径为40～100nm。

优选的，所述双孔镍基催化剂中镍的负载量为1～20wt.％。

本发明还提供了上述技术方案所述双孔镍基催化剂在甲烷二氧化碳重整反应中作为催化剂的应用，包括以下步骤：