摘要
甲烷干重整（DRM）是将CH4和CO2两种温室气体转化为合成气（H2+CO）的过程。合成气可以通过费托合成、羰基化、甲酰化等方法合成多种化学品，不仅可以有效缓解温室效应，还可以将低附加值化学品转化为高附加值化学品。金属Ni对DRM有较好的催化活性，且价格低廉，是研究最多的催化剂活性组分。然而，高温失活是影响Ni基催化剂工业化应用的主要原因。本文首先以羟基磷灰石（HAP）为载体，采用共沉淀法制备了一系列的Ni/HAP催化剂；其次通过Mg取代HAP载体中的Ca，制备了MgxHAP负载金属Ni催化剂；最后加入第二金属Co制备了Ni-Co双金属催化剂并将其用于DRM反应，结合XRD、N2吸附-脱附、H2-TPR等表征对上述催化剂的物理和化学性质进行研究。具体内容如下： （1）采用共沉淀法制备了Ni/HAP催化剂，研究了反应温度和Ni负载量对Ni/HAP催化剂活性的影响。结果表明，750℃为最适合的反应温度，继续提高反应温度反应物的转化率增加缓慢。此外，金属Ni负载量影响着催化剂比表面积、酸碱性以及分散度，从而影响催化剂的DRM活性，活性结果表明Ni负载量为3%时催化剂的性能最佳，CO2和CH4转化率分别为94.1%和85.6%。 （2）基于HAP良好的阴、阳离子交换能力，通过使用Mg2+部分取代HAP中的Ca2+制备了3Ni/MgxHAP催化剂，研究Mg取代量对催化剂活性的影响。结果表明，Mg取代促进了Ni进入HAP晶格，导致晶格内Ni2+[Ⅱ]含量增加，Ni2+[Ⅱ]有较强金属-载体之间的相互作用，在高温条件下不容易发生团聚现象，所以催化剂在高温条件下的稳定性更好。Mg的原子取代量为1时催化剂性能最佳，并且通过原位红外发现3Ni/Mg1HAP能够促进Ni20-CO络合物的消除，从而抑制活性位点被覆盖导致催化剂活性下降。 （3）加入第二金属Co研究了双金属对催化剂活性的影响。结果表明，Co的加入量为1%时催化剂的性能最好，CH4和CO2的初始转化率分别为96.3%和89.8%，100h稳定性测试后催化剂仍然保持较高的催化活性。金属Co的加入提高了活性金属的分散度、碱度，增强了金属-载体之间的相互作用，同时也促进了催化剂表面碳酸盐的转化，防止碳酸盐沉积导致催化剂活性下降。
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