[發明專利]一種用于二氧化碳重整反應的多孔碳框架鎳基催化劑及其制備方法和使用方法

有效

• 申請號: 201711446762.4
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108097255B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 余斐;梁巖;韓軍;詹宜秋
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;C01B3/40
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 陳曉寧;張麗萍

本發明公開了一種用于二氧化碳重整多孔碳框架鎳基催化劑的及其制備方法和使用方法，本發明的催化劑以經過水熱處理的藻類作為載體，鎳為活性組分，通過等體積或等量浸漬后得到所需催化劑，其中各組分的質量百分比分別是Ni為5～20％，碳為80～95％。該催化劑應用于二氧化碳重整制備合成氣技術領域。該發明所制催化劑在二氧化碳重整穩定性實驗中能至少維持800小時且不失活，具有較高的活性、穩定性。該催化劑利用低成本的藻類碳作為載體，可以解決藻類造成的污染問題，實現藻類的綜合利用，并且，使用過后的催化劑可通過簡單的煅燒回收鎳金屬，實現鎳金屬的循環利用，從而達到降低成本、節約資源、保護環境的目的。

本發明屬于過渡金屬催化劑的制備技術領域，具體涉及一種多孔碳框架鎳基催化劑及其制備方法和應用,特別是涉及該催化劑在甲烷-二氧化碳重整轉化為合成氣中的應用。

背景技術

我國天然氣的儲量十分豐富，天然氣在能源結構中的比例日趨增大，而甲烷是天然氣的主要成分，因而，研究開發利用甲烷的技術是當前國際上的熱門課題之一。甲烷作為化工原料生產化學品有直接轉化和間接轉化兩種途徑。但直接轉化法中甲烷轉化率和產品收率低，短期內無法實現工業化。間接轉化法是將甲烷轉化成合成氣，進而合成氨、甲醇、乙醇等化工產品，因其轉化率較高而受到廣泛關注，目前，應用比較廣泛的是二氧化碳重整制合成氣技術，其主要反應為

催化劑的性能是研究二氧化碳重整技術的關鍵。該反應所用的催化劑多為負載型催化劑，其中負載的金屬活性組分主要集中在第Ⅷ族過渡金屬元素。目前工業上應用比較廣泛的是非貴金屬催化劑，包括Ni、Co、Cu和Fe，其中鎳基催化劑具有良好的催化活性和轉化率且價格便宜。催化劑除活性組分外，載體也是很關鍵的影響因素，它不僅為活性組分提供骨架，分散活性組分，形成較高的分散度，還具有增大活性物質的比表面積并提供適宜的孔結構等作用。目前，大部分鎳基催化劑是以金屬氧化物(比如氧化鋁)為載體，此種催化劑在反應過程中易積碳從而導致催化劑失活。另外，該催化劑使用過后，很難實現鎳金屬的循環利用，是一種資源浪費。

我國藻類資源豐富，已發現的藻類大約有3萬種，作為一種重要的可再生資源，藻類具有分布廣泛、生物量大、光合作用效率高、環境適應能力強、生長周期短、單位土地產率極高、產量高等突出特點，已經成為一種潛在新能源。但與此同時，這一特點也決定了如若得不到有效的利用，將會給環境帶來一定的危害，比如藍藻的過度生長會導致藻華的形成，將會給生態系統及人類帶來極大的危害。

專利201611227543.2提到了一種一種碳負載鎳金屬催化劑及其制備方法，但該催化劑需使用高濃度的鎳離子溶液，對碳載體進行負載，制備活性鎳負載量高于20％的催化劑，才能在二氧化碳重整反應中要達到較好的甲烷和二氧化碳轉化率均高于80％的催化效果。

需要一種制備成本低，易回收，催化效率高，的鎳基催化劑達到了降低成本，節約資源、保護環境的目的。

發明內容

為了提高催化劑活性和穩定性，實現催化劑的回收再利用，本發明提供一種用于二氧化碳催化重整多孔碳框架鎳基催化劑及其制備方法和使用方法。該催化劑具有較高的活性和穩定性，并且，可以實現鎳金屬循環利用，達到了降低成本和節約資源的目的。

本發明的技術方案：一種用于二氧化碳重整反應的多孔碳框架鎳基催化劑，催化劑為將海藻生物質除雜后，經水熱碳化得到生物碳，而后生物碳加入等體積或等量的含鎳離子的溶液中，經浸漬12～24小時，干燥后得鎳基催化劑前驅體，而后鎳基催化劑前驅體在惰性氣體或還原性氣體下采用碳熱還原法，進而獲得的多孔碳框架鎳基催化劑。

具體的，所述催化劑是以生物碳為載體，鎳為活性組分；其中鎳在的負載量為催化劑質量的5～20％。

進一步地，所述催化劑在二氧化碳重整反應中反應時間為0～800小時。

具體的制備方法，采用如下步驟制備：