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高分散Pt基催化剂的制备及催化性能研究

郭海军  
【摘要】: 甲烷二氧化碳重整反应对于缓解能源危机、保护环境具有重要的科学意义。它不仅可以制备低H2/CO比(1)的合成气,为费托合成及其他深度转化提供理想的原料,同时这一过程有利于控制甲烷和二氧化碳这两种温室气体的排放。常规使用的Ni基催化剂易发生积炭和活性组分的流失,导致催化剂活性快速降低,贵金属催化剂由于活性高、抗积炭能力强而成为重整反应研究的一个热点方向。本论文旨在通过载体改性、改进制备方法、添加助剂等过程来制备高分散Pt基催化剂,改善Pt粒子的稳定性,同时提高其抗积炭能力。 采用环境友好的离子交换树脂法,通过单因素实验考察得出制备改性纳米MgO载体的最佳条件为:0.2 mol/L的MgCl2溶液,在400 r/min的搅拌下,与体积比为1 : 2.5的树脂在323 K下反应8 h,经抽滤洗涤得Mg(OH)2水凝胶,然后在通N2条件下于673 K焙烧6 h。所制备的MgO具有均匀的六方片状结构,平均粒径为15 nm左右,比表面积可高达105.7 m2/g,适合用作Pt基催化剂载体。 采用共浸渍法制备了一系列0.8%Pt-3%CeO_2-3%ZrO_2/MgO催化剂,考察载体改性过程对催化剂性能的影响,通过活性评价,并结合XRD、SEM、BET、CO_2-TPD等手段对催化剂进行了表征。结果表明,由离子交换树脂法制备的Mg(OH)2水溶胶经抽滤、洗涤、393 K普通干燥6 h后所得Mg(OH)2粉作为载体的催化剂具有较大的比表面积,有利于Pt的分散,表现出很好的催化活性。 采用分步浸渍法制备了一系列0.8%Pt-3%CeO_2-3%ZrO_2/MgO催化剂,考察活性组分与助剂的浸渍顺序对催化剂性能的影响。XRD测试和活性评价结果表明,先浸Pt有利于提高活性组分在MgO载体上的分散,CeO_2和ZrO_2的添加有助于增强金属-载体间的相互作用,从而使催化剂0.8Pt-3Ce3Zr/MO800-IE、0.8Pt-3Ce3Zr/MO800显示出很高的催化活性;先浸CeO_2和ZrO_2,载体的部分孔道有可能会被ZrO_2所堵塞,尤其是在ZrO_2的添加量较大时,从而减小了金属Pt的分散度,使催化剂活性下降。 以MOH(GD)-IE作为载体制备催化剂时,CeO_2和ZrO_2助催化剂添加的最佳质量分数比为1 : 0.33。CO_2-TPD结果表明,这主要是因为CeO_2助剂的添加量越大,载体的碱性位越多,越有利于重整反应的进行。


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