[發明專利]一種包裹型鎳基催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202010174932.3
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111111676B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 詹瑛瑛;韓倩倩;陳崇啟;蔡國輝;江莉龍
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;C07C1/12;C07C9/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發明公開了一種包裹型鎳基催化劑及其制備方法，屬于能源與環境催化領域。該催化劑的鎳核是由氧化鋁和活性組分鎳組成，殼層組分是氧化鈰。其中，活性組分鎳的含量為30 wt.%，鋁與鎳的摩爾比為0.4?2.5，其余組分為氧化鈰。本發明制備的包裹型鎳基催化劑經800℃高溫老化處理，在常壓中溫（325–450℃）條件下仍具有較高的CO₂甲烷化性能，表現出較佳的水熱穩定性，可適用于高溫高濕環境。

技術領域

本發明屬于能源與環境催化領域，具體涉及一種包裹型鎳基催化劑及其制備方法。

背景技術

CO₂排放量巨大，全球每年燃燒化石燃料產生的約360億噸，作為一種溫室氣體，其排放對人類的生存環境和全球氣候造成嚴重影響，所以減少CO₂排放量迫在眉睫。目前，處理已產生的CO₂的策略主要為CO₂捕集及轉化利用（CCUS）技術。CO₂作為C1化學的重要成員，是可被開發利用的碳資源，CCUS技術可將捕獲的CO₂轉化為甲醇、甲烷、二甲醚等具有附加價值的產物，實現碳循環。CO₂甲烷化反應產生的甲烷是天然氣的重要成分，可通過現有的管路運輸至全國各地，緩解我國能源供需失衡的問題，是一條較優的CO₂轉化路徑。

目前CO₂甲烷化催化劑主要為Ni基催化劑，通常負載在Al₂O₃，CeO₂，SiO₂，TiO₂，ZrO₂等還原性或者惰性載體上。雖然載體有利于活性組分Ni的分散和穩定，但是負載型鎳基催化劑仍存在易燒結、水熱穩定性差等問題。將Ni納米顆粒包裹在無機殼層形成包裹型結構是緩解上述問題的方法之一。在包裹型鎳基催化劑中，Ni粒子被殼層材料隔離，不易團聚、燒結，故催化劑的穩定性得到提高。

包裹型鎳基催化劑的殼層材料多為SiO₂，Al₂O₃，CeO₂。SiO₂由于有較高的比表面積且合成方法較為成熟，被普遍應用于包裹型催化劑中。但SiO₂與Ni相互作用較弱，易造成催化劑活性和水熱穩定性不佳。Al₂O₃雖可使催化劑具有較佳的水熱穩定性，但Al₂O₃前驅體在合成過程中易于其它離子反應，增大了制備Ni@Al₂O₃催化劑的難度。CeO₂作為一種堿性殼層材料可吸附更多的CO₂，且其豐富的氧空位有助于活化CO₂，可以顯著提高CO₂甲烷化低溫活性，是一種較佳的殼層材料。但是CeO₂的高溫抗燒結能力較弱，在高溫下晶粒容易長大，比表面積降顯著下，使得催化劑穩定性較差。而Al₂O₃具有較優的耐熱性，在Ni中添加Al₂O₃不僅可以減小Ni晶粒尺寸，還可加強Ni與CeO₂的相互作用，抑制Ni和CeO₂的燒結。因此，本發明在鎳核中添加Al₂O₃，以改善Ni@CeO₂催化劑水熱穩定性較差的問題。

發明內容

本發明針對Ni基催化劑水熱穩定性能不足的問題，提供一種包裹型鎳基催化劑及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種包裹型鎳基催化劑，其中鎳核由Al₂O₃和活性組分Ni組成、殼層組分為CeO₂；其中，活性組分Ni的質量百分含量為30 %，Al與Ni摩爾比為2.5-0.4（優選2），余量為殼層組分CeO₂。