CeO₂晶粒尺寸调控镍基催化剂高压甲烷干重整抗积碳性能的机制研究

摘要

【目的】甲烷加压干重整（DRM）作为直接输出高压合成气的关键技术，其全链条能效较常压体系提升40%以上，但高压工况加剧的积碳问题严重制约工业化应用。【方法】通过对比共沉淀法（CP）与浸渍法（I）的CeO₂改性策略，揭示了CeO₂晶粒尺寸对类水滑石衍生镍基催化剂（Ni/MgAl₂O₄-MgO）抗积碳性能的关键作用。【结果】结合BET、O₂-TPO、XRD和CO₂-TPD等表征发现：共沉淀法制备的NiCe/MgAl₂O₄-MgO（C）催化剂中CeO₂晶粒尺寸较大（10.98 nm），且因Ce³⁺与MgAl₂O₄中Al结合形成CeAlO₃（XRD 2θ=33.1°），破坏了原有的载体结构导致Ni颗粒烧结严重；而浸渍法成功将CeO₂晶粒尺寸限制在5.13 nm，使其以小尺寸、低结晶度的形式存在，并保持了较高的比表面积（153.864 m²/g）。催化剂的CO₂吸附容量提升4.5倍（CO₂-TPD），石墨碳占比从86.1%降至24.7%（O₂-TPO-MS）。72 h高压稳定性测试表明，浸渍法催化剂失活度仅12.93%，显著优于共沉淀法（25.97%）和未改性体系（27.54%）。【结论】该研究阐明了CeO₂晶粒尺寸是调控催化剂性能差异的核心因素，为高压DRM催化剂设计提供了新范式。

关键词

CeO₂改性 / 水滑石 / 镍基催化剂 / 干重整 / 加压反应