一种负载型镍基催化剂及其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种负载型镍基催化剂及其制备方法及应用，所述制备方法包括步骤：步骤1），按照负载型镍基催化剂的组成配比，在微乳液体系中，将镍盐与过渡金属盐的水溶液混合，再加入表面活性剂与环己烷混合溶液，加入沉淀剂水溶液沉淀，再加入硅酸四乙酯进行水解后获得第一微乳液；步骤2），对所述第一微乳液进行水热反应、干燥及焙烧，获得负载型镍基催化剂。本发明专利技术的制备方法简单易操作，制备得到的催化剂形貌均一，稳定性良好，应用于甲烷干重整反应可以使CH4和CO2在反应温度为650℃时，甲烷转化率可高达到80 %，二氧化碳转换率可高达70%，具有良好的甲烷和二氧化碳重整的催化活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料的制备
，特别是涉及一种负载型镍基催化剂及其制备方法及应用。
技术介绍
由于世界石油储量的日益下降，现在越来越多的研究的重点放在了发展替代能源上，而丰富的天然气能源成为了21世纪最有发展前景的能量来源。然而，甲烷作为天然气的主要组成部分，不仅在一些工业合成过程中作为一种副产物被合成，同时也是天然气燃料汽车和天然气发电厂主要的烃空气污染物，其温室效应是CO2的21倍。人们很早就开始研究甲烷二氧化碳重整反应，随着全球变暖等环境问题越来越严重，人们对温室气体CO2和CH4处理和利用的关注程度也越来越高。与甲烷水蒸汽重整和甲烷部分氧化反应相比，甲烷二氧化碳重整反应的产物合成气H2/CO比值更接近于1，更适合用于费托反应合成长链烷烃。而且该反应可以直接把含C02的天然气作为原料，减少CO2分离所需的费用。此后大量研究证明，VIII族过渡金属对该反应都有催化活性，贵金属(Pt、Pd、Rh、Ru和Ir)催化剂具有较高的催化活性和抗积炭能力，其中Rh被认为是最佳组分。由于贵金属量少价高，其广泛应用受到限制。非贵金属(Fe、Co、Cu和Ni)尤其是Ni和Co基催化剂的研究受到了普遍的关注。但非贵金属催化剂存在易烧结、易积炭和活性组分流失等问题。Ni由于在众多催化反应中都具有良好的性能，是过渡金属氧化物中被最广泛研究的对象之一，例如甲烷氧化，CO氧化和NOx还原反应。相比于传统的负载Ni催化剂，具有空间限域结构的双金属催化剂显示出良好的稳定性和较高的催化活性。因此，探寻新颖结构的双金属催化剂对低温甲烷干重整的发展具有重要的研究意义。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种负载型镍基催化剂及其制备方法及应用，以实现一种制备方法简单易操作，制备得到的催化剂形貌均一，稳定性良好的负载型镍基催化剂及其制备方法及应用。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种负载型镍基催化剂，包括以下组分：过渡金属、二氧化硅和镍，过渡金属的质量与过渡金属和镍的总质量的比值为10～50:100，所述负载型镍基催化剂为核壳结构。作为本专利技术的负载型镍基催化剂的一种优选方案，所述过渡金属元素选自Co、Fe、Mn、Mg、Ce、Cu、Cr中的一种或两种以上。本专利技术还提供一种负载型镍基催化剂的制备方法，包括步骤：步骤1)，按照负载型镍基催化剂的组成配比，在微乳液体系中，将镍盐与过渡金属盐的水溶液混合，再加入表面活性剂与环己烷混合溶液，加入沉淀剂水溶液沉淀，再加入硅酸四乙酯进行水解后获得第一微乳液；步骤2)，对所述第一微乳液进行水热反应、干燥及焙烧，获得负载型镍基催化剂。作为本专利技术的负载型镍基催化剂的制备方法的一种优选方案，镍盐与过渡金属盐、表面活性剂、沉淀剂水溶液、环己烷、硅酸四乙酯的比例为5mmol:10～50mmol:5～20mL:90～120mL:5～50mg。作为本专利技术的负载型镍基催化剂的制备方法的一种优选方案，所述沉淀剂水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。作为本专利技术的负载型镍基催化剂的制备方法的一种优选方案，所述微乳液体系中，加入过渡金属盐的水溶液后，还包括通入气体对其进行老化的步骤。作为本专利技术的负载型镍基催化剂的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，所述第一微乳液的水热反应的温度范围为30～60℃，水热反应的时间范围为2～4h。作为本专利技术的负载型镍基催化剂的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，水解反应的温度范围为30～60℃，水解反应的时间范围为1～2h。作为本专利技术的负载型镍基催化剂的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，干燥的温度范围为50～80℃，干燥的时间范围为8～12h。作为本专利技术的负载型镍基催化剂的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，焙烧的温度范围为550～950℃，焙烧的时间范围为1～5h。本专利技术还提供一种负载型镍基催化剂的应用，所述负载型镍基催化剂用于甲烷干重整反应。作为本专利技术的负载型镍基催化剂的应用的一种优选方案，甲烷干重整反应条件为：反应的温度范围为550～950℃，反应的压力为常压，反应的总流速为50～200mL/min，CH4、CO2、H2和N2的流速比为1:1～1.2:1～1.2:1～1.2，空速为10000～120000mL/(g·h)。如上所述，本专利技术的负载型镍基催化剂及其制备方法及应用，具有以下有益效果：本专利技术的制备方法简单易操作，制备得到的催化剂形貌均一，稳定性良好，应用于甲烷干重整反应可以使CH4和CO2在反应温度为650℃时，甲烷转化率可高达到80％，二氧化碳转换率可高达70％，具有良好的甲烷和二氧化碳重整的催化活性。附图说明图1显示为本专利技术的负载型镍基催化剂的制备方法的步骤流程示意图。图2显示为实施例1中制备的负载型镍基催化剂的TEM图。图3显示为实施例3中制备的负载型镍基催化剂的XRD图。图4显示为实例1中制备的负载型镍基催化剂的反应效果图。图5显示为实例2中制备的负载型镍基催化剂的反应效果图。图6显示为实例5中制备的负载型镍基催化剂的反应效果图。元件标号说明S11～S12步骤1)～步骤2)具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例1如图1所示，本实施例提供一种负载型镍基催化剂的制备方法，包括步骤：如图1所示，首先进行步骤1)S11，按照负载型镍基催化剂的组成配比，在微乳液体系中，将镍盐与过渡金属盐的水溶液混合，再加入表面活性剂与环己烷混合溶液，加入沉淀剂水溶液沉淀，再加入硅酸四乙酯进行水解后获得第一微乳液；作为示例，镍盐与过渡金属盐、表面活性剂、沉淀剂水溶液、环己烷、硅酸四乙酯的比例为5mmol:10～50mmol:5～20mL:90～120mL:5～50mg。作为本专利技术的负载型镍基催化剂的制备方法的一种优选方案，所述沉淀剂水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。作为示例，所述微乳液体系中，加入过渡金属盐的水溶液后，还包括通入气体对其进行老化的步骤。作为示例，步骤1)中，水解反应的温度范围为30～60℃，水解反应的时间范围为1～2h。如图1所示，然后进行步骤2)S12，对所述第一微乳液进行水热反应、干燥及焙烧，获得负载型镍基催化剂。作为示例，步骤2)中，所述第一微乳液的水热反应的温度范围为30～60℃，水热反应的时间范围为2～4h。作为示例，步骤2)中，干燥的温度范围为50～80℃，干燥的时间范围为8～12h。作为示例，步骤2)中，焙烧的温度范围为550～950℃，焙烧的时间范围为1～5h。本实施例还提供一种负载型镍基催化剂，包括以下组分：过渡金属、二氧化硅和镍，过渡金属的质量与过渡金属和镍的总质量的比值为10～50:100，所述负载型镍基催化剂为核本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载型镍基催化剂，其特征在于，包括以下组分：过渡金属、二氧化硅和镍，过渡金属的质量与过渡金属和镍的总质量的比值为10～50:100，所述负载型镍基催化剂为核壳结构。

【技术特征摘要】
1.一种负载型镍基催化剂，其特征在于，包括以下组分：过渡金属、二氧化硅和镍，过渡金属的质量与过渡金属和镍的总质量的比值为10～50:100，所述负载型镍基催化剂为核壳结构。2.根据权利要求1所述的负载型镍基催化剂，其特征在于：所述过渡金属元素选自Co、Fe、Mn、Mg、Ce、Cu、Cr中的一种或两种以上。3.一种如权利要求1～2任一项所述的负载型镍基催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：步骤1)，按照负载型镍基催化剂的组成配比，在微乳液体系中，将镍盐与过渡金属盐的水溶液混合，再加入表面活性剂与环己烷混合溶液，加入沉淀剂水溶液沉淀，再加入硅酸四乙酯进行水解后获得第一微乳液；步骤2)，对所述第一微乳液进行水热反应、干燥及焙烧，获得负载型镍基催化剂。4.根据权利要求3所述的负载型镍基催化剂的制备方法，其特征在于：镍盐与过渡金属盐、表面活性剂、沉淀剂水溶液、环己烷、硅酸四乙酯的比例为5mmol:10～50mmol:5～20mL:90～120mL:5～50mg。5.根据权利要求3或4所述的负载型镍基催化剂的制备方法，其特征在于：所述沉淀剂水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。6.根据权利要求3所述的负载型镍基催化剂的制备方法，其特征在于：所述微乳...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝艳，徐佳煜，孙予罕，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31