Ni-K SiO2催化劑逆水煤氣變換反應(yīng)性能研究

背景介紹隨著化石燃料的過度使用，CO2的大量排放導(dǎo)致全球環(huán)境變暖與海洋酸化等嚴(yán)峻的環(huán)境問題，給地球的生態(tài)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。CO2捕獲、利用和儲存（CCUS）作為減少溫室氣體排放的有效途徑已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。逆水煤氣變換反應(yīng)

(RWGS)

能夠?qū)O2加氫轉(zhuǎn)化為更有價值的CO，被認(rèn)為是最有大規(guī)模應(yīng)用前景的CO2轉(zhuǎn)化途徑之一。因此對于研制高選擇性的熱穩(wěn)定RWGS反應(yīng)催化劑具有重要意義。文章亮點(diǎn)1.通過浸漬法制備了不同K含量的5%Ni-K/SiO2催化劑；2.研究證明，在RWGS反應(yīng)中，高分散的Ni并非抑制甲烷化反應(yīng)的唯一途徑，添加K助劑的大顆粒的Ni也能夠有效抑制甲烷生成；3.K助劑對Ni/SiO2催化劑RWGS選擇性的促進(jìn)作用能夠為日后研制高選擇性的RWGS催化劑提供一定的理論指導(dǎo)。內(nèi)容介紹1實驗方法1.1

主要儀器與試劑1.2

催化劑制備1.3

催化劑表征1.3.1

X-射線衍射（XRD）1.3.2

透射電子顯微鏡（TEM）催化劑的表面的形貌以及催化劑的顆粒大小使用透射電子顯微鏡進(jìn)行表征，測試電壓為200kV。1.3.3

程序升溫還原（H2-TPR）催化劑的程序升溫還原測試在T全自動化學(xué)吸附儀上進(jìn)行。1.3.4

CO2程序升溫脫附（CO-TPD）催化劑的CO2程序升溫脫附測試在TP-5080型全自動化學(xué)吸附儀上進(jìn)行。1.3.5

CO程序升溫脫附（CO-TPD）催化劑的CO程序升溫脫附測試在TP-5080型全自動化學(xué)吸附儀上進(jìn)行。1.4

催化劑性能測試在常壓下，在連續(xù)流動的固定床反應(yīng)器中進(jìn)行了RWGS反應(yīng)。測試所使用的催化劑用量為10mg。2結(jié)果與討論2.1

催化劑表征2.1.1

X-射線衍射圖1是不同K含量的催化劑的XRD譜圖。2.1.2

透射電子顯微鏡為了進(jìn)一步研究K助劑對催化劑形貌以及粒徑大小的影響，對5%Ni/SiO2、5%Ni-1%K/SiO2、5%Ni-3%K/SiO2和5%Ni-5%K/SiO2催化劑進(jìn)行了TEM測試。圖2、3分別為測試催化劑的電鏡照片與NiO粒徑分布圖。2.1.3

程序升溫還原為了探究添加K助劑后催化劑的金屬-載體相互作用，采用H2-TPR對催化劑進(jìn)行了表征。如圖4所示，在未添加K的5%Ni/SiO2催化劑中在410℃與645℃為中心各有一個還原峰。2.1.4

CO2程序升溫脫附圖5為不同K含量的5%Ni-K/SiO2催化劑CO2-TPD譜圖。由圖5可以看出，不同K助劑含量的催化劑對于CO2的脫附峰有著明顯的差異。當(dāng)K含量從0增加到3wt%時，加CO2脫附峰逐漸增強(qiáng)。2.1.5

CO程序升溫脫附CO作為RWGS反應(yīng)中的產(chǎn)物，催化劑對其吸附能力的強(qiáng)弱將對催化劑的選擇性起著至關(guān)重要的影響。對不同K含量的催化劑進(jìn)行了CO程序升溫脫附測試，結(jié)果如圖6所示。2.2

催化劑性能測試對不同K含量催化劑在600℃進(jìn)行了性能測試。圖7中顯示的是不同K含量的催化劑的CO2轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線。3結(jié)論本文通過浸漬法制備了不同K含量的5%Ni-K/SiO2催化劑，研究結(jié)果表明在5%Ni/SiO2催化劑中添加K助劑能夠增強(qiáng)金屬與載體的相互作用，并能夠提高催化劑對CO2的吸附能力，提升催化劑的轉(zhuǎn)化率與穩(wěn)定性。K助劑能減弱催化劑對CO的吸附強(qiáng)度進(jìn)而抑制生成的CO進(jìn)一步氫化為CH4，從而提高了催化劑的選擇性。其中K含量為3%的催化劑有著最好的催化劑性能，在600℃性能測試中幾乎不產(chǎn)生CH4，并且能夠在600000mL/gcat·h高空速下保持良好的熱穩(wěn)定性。此外，研究結(jié)果也表明，在RWGS反應(yīng)中，高分散的Ni并非抑制甲烷化反應(yīng)的唯一途徑，