负载于SiO₂表面的NiO/MgO催化剂用于CO₂甲烷化反应

摘要

CO₂甲烷化反应被认为是解决CO₂利用难题的重要手段之一，其中NiO/MgO催化剂具有广阔的应用前景，如何提高NiO/MgO催化剂的比表面积成为其实际应用的关键．本文通过沉积-沉淀法在高比表面积的SiO₂载体上负载NiO/MgO催化剂，制备出了NiO/MgO/SiO₂催化剂．研究了MgO含量、催化剂煅烧温度和还原温度对催化剂结构和甲烷化性能的影响．采用X射线衍射、程序升温还原、N₂吸附-脱附等温线、程序升温脱附、X射线光电子能谱和场发射透射电子显微镜等技术手段对催化剂进行了表征．结果表明，合适的MgO含量既能够对SiO₂形成较好的阻隔以避免NiO与SiO₂的反应，又可与NiO形成对甲烷化有利的Ni_1-xMg_xO固溶体．适当的煅烧温度能够在形成Ni_1-xMg_xO固溶体的同时避免对反应不利的Ni Mg SiO₄的形成．此外，通过调控还原温度还能够调变Ni⁰和Ni_1-xMg_xO的比例，从而使二者在催化体系中起到协同作用，促进CO₂甲烷化反应．30%MgO含量、550℃煅烧、550℃还原后的Ni30MgSi-550-550R催化剂在CO₂甲烷化反应催化剂性能测试中表现出最佳的催化活性，且在350℃、30 000 mL/（g·h）空速的测试条件下展现出200 h的稳定性，这是由于在催化剂表面具有适当的Ni⁰/Ni_1-xMg_xO比例和对应的充足的H₂和CO₂活化位点．在高比表面积的SiO₂上负载NiO/MgO催化剂、在SiO₂表面进行固相反应和通过还原温度调控Ni⁰-Ni_1-xMg_xO活性对的策略为用于CO₂甲烷化反应的催化剂设计提供了一种新思路．

关键词

CO₂甲烷化反应 / Ni基催化剂 / MgO / SiO₂

基金资助

国家自然科学基金资助项目(21872101,21962014); 鄂尔多斯市重点研发计划资助项目(YF20232313); 鄂尔多斯市产业创新人才团队和山西省区域合作项目(202204041101029)