[發(fā)明專(zhuān)利]氮化硼復(fù)合介孔氧化物鎳基催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710147769.X
• 申請(qǐng)日: 2017-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106975506B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張登松;施利毅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J27/24
• 分類(lèi)號(hào): B01J27/24;B01J23/755;B01J21/06;B01J21/04;B01J23/10
• 代理公司: 31205 上海上大專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 顧勇華<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明涉及一種氮化硼復(fù)合介孔氧化物鎳基催化劑及其制備方法。該催化劑以具有高熱穩(wěn)定性、抗積碳性的納米氮化硼材料為載體，結(jié)合介孔氧化物對(duì)活性金屬的錨定和分散，得到高抗燒結(jié)、抗積碳性能的催化材料。該催化劑的制備方法是以具有高熱穩(wěn)定性的氮化硼和鎳前驅(qū)體作為反應(yīng)物，加入表面活性劑和氨水，超聲攪拌，將活性金屬組分負(fù)載到氮化硼納米片層上，并在其表面原位包覆具有介孔孔道結(jié)構(gòu)的氧化物，其包覆的介孔結(jié)構(gòu)可以使實(shí)現(xiàn)活性鎳組分高度分散，再通過(guò)干燥、高溫煅燒、程序升溫還原，制得高性能新結(jié)構(gòu)的鎳基催化劑。本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、催化效率高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種甲烷干重整反應(yīng)用催化劑及其制備方法，特別是一種氮化硼復(fù)合介孔氧化物鎳基催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，化石能源的燃燒消耗帶來(lái)了日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，其中二氧化碳和甲烷氣體是引起溫室效應(yīng)的主要元兇之一。甲烷干重整反應(yīng)可有效利用CH₄和CO₂轉(zhuǎn)化制合成氣CO和H₂，該反應(yīng)一方面可減少化石燃料的使用緩解溫室效應(yīng)，另一方面，其產(chǎn)物 H₂/CO為1的合成氣是進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)如Fischer-Tropsch反應(yīng)的主要原料。催化劑是甲烷干重整制合成氣技術(shù)的核心。大量研究發(fā)現(xiàn)，鎳基催化劑最具工業(yè)應(yīng)用潛力，呈現(xiàn)出高活性與選擇性，但其最大的缺點(diǎn)是易積碳，且活性鎳顆粒易燒結(jié)，引起催化劑的退化，限制了其實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。

為改善鎳基催化劑的抗積碳和抗燒結(jié)性能，可通過(guò)對(duì)催化劑活性組分的改造、助劑的添加、特殊前驅(qū)體選擇、活性組分的包覆等提高其抗積碳抗燒結(jié)性能。對(duì)鎳基催化劑而言，通常將活性組分通過(guò)浸漬煅燒還原的方式負(fù)載在耐高溫或具有豐富氧空位的氧化物載體上，如γ-Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂等，但載體表面的鎳納米顆粒較易發(fā)生團(tuán)聚燒結(jié)，導(dǎo)致催化劑活性降低。近來(lái)，研究者利用介孔氧化物對(duì)活性金屬的限域作用，將活性組分限域在介孔孔道中，進(jìn)而抑制其在高溫下團(tuán)聚，從而抑制積碳的形成。然而，傳統(tǒng)的浸漬制備工藝很難將鎳物種輸運(yùn)到載體的介孔氧化物孔道內(nèi)部。因此，制備抗積碳、抗燒結(jié)的高性能鎳基催化劑，仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性工作。

近來(lái)，氮化硼其具有高化學(xué)惰性、高熱穩(wěn)定性、高熱導(dǎo)性及抗化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出比氧化物載體更優(yōu)越的性能，近來(lái)受到了研究者的關(guān)注。氮化硼載體材料有利于在高溫反應(yīng)中維持載體形貌結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)催化材料的熱穩(wěn)定性，保持活性金屬中心的高活性。此外，氮化硼有利于對(duì)反應(yīng)氣CH₄和CO₂的吸附活化，并且對(duì)碳沉積具有較好的抑制作用，可有效提高催化材料的抗積碳性能。納米氮化硼優(yōu)異的性能在許多科技領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛能，但由于其系統(tǒng)的基礎(chǔ)物化研究和具體的應(yīng)用還比較有限，且負(fù)載金屬后在高溫催化反應(yīng)中仍存在部分燒結(jié)團(tuán)聚。因此，可以通過(guò)恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，以氮化硼為模板，負(fù)載活性金屬后，對(duì)其表面功能化，結(jié)合介孔氧化物對(duì)活性金屬組分的錨定和分散，構(gòu)建氮化硼復(fù)合介孔氧化物新結(jié)構(gòu)甲烷干重整鎳基催化劑，合成方法簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，且可獲得具有活性金屬高度分散、高活性暴露面和形態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的催化材料。目前關(guān)于氮化硼復(fù)合介孔氧化物鎳基催化劑的構(gòu)建及其在甲烷干重整的應(yīng)用鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種氮化硼復(fù)合介孔氧化物鎳基催化劑。

本發(fā)明的目的之二在于提供該催化劑的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種氮化硼復(fù)合介孔氧化物鎳基催化劑，其特征在于該催化劑為：以六方氮化硼（BN）為核，在其表面負(fù)載活性鎳組分（Ni），并原位構(gòu)筑具有介孔結(jié)構(gòu)的氧化物殼層（meso-MOx），實(shí)現(xiàn)對(duì)活性組分的錨定分散，其中鎳的負(fù)載量為5 wt%~10 wt%；所述的六方氮化硼與具有介孔結(jié)構(gòu)的氧化物的質(zhì)量比為：1: (1/2~1)。

上述的具有介孔結(jié)構(gòu)的氧化物為介孔氧化硅、介孔氧化鋁、介孔氧化鈰或介孔氧化鋯。