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Ni/TiO2催化甲烷水蒸气低温重整
摘要
负载镍的二氧化钛〔Ni/TiO2〕被用于甲烷水蒸气低温重整反响的研究。然而研究经常被报道，在传统高温条件下进展甲烷重整反响，沉积物带负电荷。然而，通过在SRM反响中的催化剂测试，Ni/TiO2经常失活或者没有活性。据报道失活来自于长时间的高温预处理，因为高温反响促进了催化剂的相变。Ye等对Ni/TiO2催化产氢反响的程序升温复原的研究说明，高温促进镍物质和二氧化钛之间的强相互作用。从Takanabe等对负载镍的二氧化钛催化剂的程序升温氧化研究发现在氧化环境和高温下有一个钛酸盐阶段。Swaan等研究报道，在750℃下，由于缺少有效的甲烷转化率，金属负载物镍和二氧化钛的强相互作用不利于SRM反响的进展。通过焙烧和减少在750℃条件下对Ni/TiO2 8~10小时的处理。在较低温度下，不利的现象会逐渐减少，二氧化钛可能会是一种适宜的重整反响催化剂的负载基底。因此这里提出的工作是研究二氧化钛作为低温SMR反响催化剂负载基的可能性。研究所用的金属催化剂是镍，因为镍应用在商业化的SRM进程中并且在本钱和性能两方面表现都很好。二氧化钛在低温SRM中的适用性是通过与500℃下热稳定的二氧化硅和三氧化二铝相比拟。二氧化硅负载镍的催化剂也进展长期稳定性测试。低温下操作Ni/TiO2催化剂的潜在好处是促进WGS反响进展，催化剂烧结、氧化、积碳以及催化剂的稳定性会随后考虑。
实验
镍催化剂用P25型二氧化钛最为支撑金属，通过浸渍法制备。二氧化钛浸渍之前要在500℃下焙烧，然后再空气中放置一小时移除外表杂质。焙烧过的二氧化钛粉末放在5毫升的超纯水中，其中包含大量的硝酸镍溶液。静置后放在可以加热的磁力搅拌器上蒸发多余的水分，然后在110℃下枯燥一夜。据报道，350℃可以完全分解硝酸镍，进展反响测试前，在400℃，50ml/min气流条件下焙烧，焙烧温度也选择最小相变温度。镍负载量为5wt%、10wt%、20wt%的催化剂分别被记为
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5Ni/TiO2、10Ni/TiO2、20Ni/TiO2。用如上所述的方法将10wt%的镍同时被负载在二氧化硅以及三氧化二铝外表。
在测试过程中，。催化剂在体积分数10%的50ml/min的氢气和空气流中被激活，同时加热到400℃，升温速率为5℃/min，然后恒温1小时。甲烷气体以6000 ml g-1h-1的空速进入催化剂床层。水通过Isco 260D型高压注射泵进入气流。水碳比是变化的，总的气流保持在50ml/min，在反响器，氩气作为惰性稀释气体。混合物在进入催化剂床层之前通过200℃的预热器。反响产物的中水汽在进入两个气相色谱前通过冷凝器被移除。GC1配备了一个13*分子筛柱用于氢气检测，GC2配备了P7检测柱用于CO、CO2、CH4的检测。甲烷转化率和产品选择性用以下方程式计算。
〔方程式略〕
使用电感耦合等离子体光谱仪来测量实际减少的镍催化剂。首先用王水将镍从二氧化钛外表移除。在-196℃下通过氮气吸附量来测量BET面积。在分析之前，减少的催化剂在150℃下真空脱气3小时。在加速电压220kv下操作G220型透射电子显微镜对减少的催化剂样品进展成像。用飞利浦衍射系统对其进展*光测量。衍射仪在45kv以及40mA条件下操作。°每分钟，°。废催化剂样品的含碳量用TAQ500测量。样品在25ml/min的空气流和15ml/min的氮气流下，以20℃每分钟的速率加热到900℃，重量损失在高于100℃条件下决定。催化剂的复原能力〔焙烧后，反响前〕通过H2-TPR进展检查。程序升温复原反响前，催化剂在150℃，20ml/min的氩气流下预处理30分钟。在通入20ml/min的氢气和氩气前，催化剂被冷却到50℃，随后以每分钟5℃的速率升温到700℃。Micromeritics Autochem 2910被用于检测金属镍的化学吸收作用。焙烧后的催化剂首先在模拟的活性检测实验中减少，然后冷却到室温，%的一氧化碳和氦气混合气进展重复脉冲前用氦气洗涤一小时。
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结果讨论
实际的镍浸渍二氧化钛催化剂的容如表1所示。结果证实负载确切地反响了它们质量负载的不同。表1也说明，与单纯的二氧化钛的比外表积相比〔41m2g-1〕，镍的浸渍和焙烧影响二氧化钛的比外表积。镍在二氧化钛外表的分散随着