CO2催化轉(zhuǎn)化的理論與實驗研究.pdf

1、CO2催化轉(zhuǎn)化制取高附加值化工產(chǎn)品有助于降低CO2排放量,緩解溫室效應。為了設(shè)計和制備高效CO2催化轉(zhuǎn)化催化劑,在本論文工作中,我們首先利用密度泛函理論對CO2與氧化物以及氧化物負載的金屬催化劑之間的作用機理進行了系統(tǒng)的研究,接著,以理論研究結(jié)果為依據(jù),并借鑒前期實驗經(jīng)驗,我們使用等離子體制備了具有高抗積碳性能的甲烷CO2重整Ni／SiO2催化劑。
　　 理論研究表明,O—Al橋位是CO2在干燥γ-Al2O3面上最有利的吸附位置

2、。最強的CO2吸附發(fā)生在干燥γ-Al2O3(100)面的O3c-Al5c橋位上,CO2在該橋位的吸附能是0.80 eV。在羥基化的γ-Al2O3(110)和(100)面上,吸附的CO2可以與羥基發(fā)生質(zhì)子化過程。質(zhì)子化過程的活化能大約為0.50 eV。理論研究表明,在γ-Al2O3負載的金屬催化劑上,γ-Al2O3和金屬顆粒之間的界面是CO2吸附和活化的最有利位置。增加氧化物載體和金屬顆粒之間界面的面積,可以促進CO2在催化劑上的吸附和活

3、化,從而有利于CO2的轉(zhuǎn)化。在實驗中,減小金屬顆粒的粒徑、增加金屬顆粒的分散性可以有效增加載體和金屬顆粒之間界面的面積。
　　 本課題組的前期實驗表明等離子體制備的Ni／γ-Al2O3催化劑上,Ni顆粒粒徑小,分散性高。相比于常規(guī)浸漬法制備的Ni／γ-Al2O3催化劑,等離子體制備的Ni／γ-Al2O3催化劑在甲烷CO2重整反應中有更高的抗積碳性能。以理論研究結(jié)果為依據(jù),并借鑒前期有關(guān)等離子體制備Ni／γ-Al2O3催化劑的實驗

4、經(jīng)驗,我們利用等離子體制備了甲烷CO2重整Ni／SiO2催化劑。在等離子體制備的Ni／SiO2催化劑上,Ni顆粒粒徑小,分散性高。在甲烷CO2重整反應中,等離子體制備的與常規(guī)浸漬法制備的Ni／SiO2催化劑活性相當,但前者具有更高的抗積碳性能。在等離子體制備的Ni／SiO2催化劑上,甲烷分解反應(即甲烷CO2重整反應中積碳的主要來源)被有效抑制,同時,積碳和CO2之間的反應(即甲烷CO2重整反應中消除積碳的主要途徑)更容易發(fā)生。Ni顆粒