[发明专利]一种二氧化碳甲烷化镍基多金属催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种二氧化碳甲烷化镍基多金属催化剂的制备方法及应用，该催化剂以TiO₂为载体组分，Ni、Co、Fe三种金属及其氧化物为活性组分，该催化剂采用浸渍‑共沉淀合成方法，后经过干燥、还原制得催化剂。该催化剂在用量0.2g，压力为一个正常大气压，反应温度为150~300℃，反应原料气为体积百分比分别为3%、12%、85%的CO₂、H₂、Ar的混合气体，反应采用间歇性反应装置，反应体积200~300ml，反应空速3000ml·gcat^‑1·h^‑1的条件下催化二氧化碳甲烷化反应。本发明的催化剂具有反应温度低、反应效果好、甲烷选择性＞99%，活性衰减小的特点。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种二氧化碳甲烷化镍基多金属催化剂的制备方法及应用。

背景技术

由于大量燃烧生物化石燃料等人类活动，我们的气候正在发生剧烈变化，大气中CO₂浓度的不断攀升已经超过全球海洋和森林能够吸收的能力，如何降低其浓度已经成为了世界性的研究课题。其中不少研究者将二氧化碳的转化再利用作为解决这一问题的有效办法。二氧化碳甲烷化反应是其中转化的一种有效途径。

CO₂(g)+4H₂(g)→CH₄(g)+2H₂O(g) △H^Ɵ_298K= -165kJ/mol，△G^Ɵ_298K= -113kJ/mol

从热力学角度看，高温下CO₂甲烷化反应受热力学平衡的制约不利于反应正向进行，低温更有利于反应正向进行；从动力学角度看，低温CO₂甲烷化反应具有低的反应速度。因此，要实现低温CO₂甲烷化，其关键在于制备高活性催化剂。CO₂甲烷化反应催化剂主要是以ⅧB族金属（如Ni、Co、Rh、Ru和Pd等）为活性组分的负载型催化剂，所研究的催化剂表现出了良好的CO₂甲烷化性能。其中考虑到成本因素，Ni元素的应用较为广泛。Ni的加入可对催化剂的载体、孔径分布及比表面积具有优良效果，并能促进金属间的相互作用。但是镍在多次反应下容易失活、焦化、中毒等原因，限制了其进一步应用。针对镍催化剂的缺点，研究人员提出了双金属同时负载的方法对镍活性组分进行改良，从而达到提升Ni负载二氧化钛催化剂活性的目的。有文献报道，在Ni活性组分中引入Co元素能够提升金属Ni的分散度、减小Ni的晶粒尺寸，增强催化剂的性能和抗积碳能力。Fe元素的进入可以提高Ni的分散度，并提升催化剂的催化活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化碳甲烷化镍基多金属催化剂的制备方法及应用，用以改善目前以Ni元素为主要活性成分的催化剂低温下活性低、稳定性差，易焦化的问题。同时，该催化剂具有在低温下活性高，稳定性高，载体便宜易得，制备方法简单便捷的优点，因而具备一定的应用前景。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种二氧化碳甲烷化镍基多金属催化剂，其由载体组分和活性组分构成。所述载体组分为TiO₂，活性组分为Ni、Co、Fe三种金属及其氧化物。二氧化碳甲烷化镍基多金属催化剂，按质量百分比计，其原料组成包含：载体组分80~95wt%、活性组分5~20wt%，以上质量百分比之和为100%。其中活性组分，按质量百分比计，其组成为：Ni及其氧化物含量60~95wt%，Co及其氧化物含量为3~35wt%，Fe及其氧化物含量为2~35wt%，以上质量百分比之和为100%。

一种二氧化碳甲烷化镍基多金属催化剂的制备方法为：以载体粉体为基底，采用溶液浸渍共沉淀方法，后经过干燥、还原制得。

一种二氧化碳甲烷化镍基多金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：