本技术介绍了一种新型镍基甲烷化催化剂,该催化剂利用介孔分子筛SBA-16作为载体。通过制备SBA-16载体,并将镍盐溶解于溶剂中,形成一种高效的催化剂,用于促进二氧化碳加氢反应,转化为甲烷。
背景技术
近年来,随着全球人口和经济规模的不断增长,CO2
排放带来的环境问题越来越突出。尽管近年来可再生能源已被用来减少二氧化碳排放,但对化石燃料的依赖仍然无法在短期内得到缓解。为了降低大气中CO2
的浓度,将CO2
催化转化制取能源化学品成为一个重要的研究热点。该方法既能降低大气中的二氧化碳浓度,又能改善能源基础设施。与甲醇、二甲醚、甲酸等其他CO2
转化反应相比,CO2
甲烷化具有活性高、成本低、能源效率高等优点。甲烷由于其高度可燃性,通常是作为燃料为日常生活所用,并且甲烷也可作为化工原料,广泛应用于一氧化碳、乙炔及甲醛等的制造。故利用CO2
制甲烷,对能源安全、节能减排具有重要意义。
目前,二氧化碳甲烷化催化剂大多为负载型催化剂。其中,镍基催化剂因其低成本、高性能的优点在工业上得到了广泛的研究。但是,镍基催化剂存在着高温下易烧结、稳定性差的问题。开发高活性、高稳定性的CO2
加氢制甲烷催化剂是目前的研究重点。发明专利CN104971728 B公开了一种核壳型CeO2
包覆Ni的甲烷化催化剂及其制备方法与应用,其特殊结构能够有效抑制活性Ni组分的烧结和团聚,然而其制作过程繁杂,且该催化剂的最佳使用温度在340℃以上,较高的反应温度易导致催化剂失活,易导致副反应的发生。专利CN202310870045.3同样公开了一种反相Ni/CeO2
催化剂及其制备方法和应用,在300℃下,CO2
转化率为90%,CH4
选择性为100%,但制作过程复杂,难以工业化应用,且85wt%的镍含量极易导致催化剂高温烧结失活。总之,为实现该过程的经济性,需要降低CO2
甲烷化反应温度,同时保证高CO2
转化率,高CH4
选择性,高稳定性。
载体通常会通过影响金属-载体间相互作用、活性组分的分散度,进而进一步影响催化剂的催化性能。结构高度有序的介孔SiO2
材料因具有高比表面积、孔隙率和独特的有序结构而常被用作镍基催化剂的载体。近年来,二维结构介孔分子筛例如MCM-41、SBA-15都曾被应用为CO2
加氢甲烷化催化剂载体,但D.Liu等人(DOI:10.1016/j.cattod.2009.08.014)的研究表明二维介孔材料仍然存在无法充分抑制镍基催化剂在高温下稳定性差的问题,限制了其在实际应用中的效果。介孔分子筛SBA-16拥有独特的有序三维结构、高比表面积和热稳定性,其特有的笼状结构能够防止高温下活性组分热迁移烧结,是催化反应极为理想的载体。SBA-16的骨架结构主要由无定形的SiO2
组成,其表面含有大量的硅羟基,故而通常条件下不能直接作为催化剂应用于催化反应,通过湿法浸渍即可将镍金属引入孔道,使其具有一定的催化活性,制作方法简单。研究表明(DOI:10.1021/cs400159w),SBA-16负载的镍基催化剂已经用于CO2
催化利用反应,例如甲烷干重整。然而,SBA-16在CO2
加氢甲烷化中的应用却极少受到关注,这一领域有待进一步深入研究与开发。
实现思路