棒状纳米含镍金属固溶体催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种棒状纳米含镍金属固溶体催化剂及其制备方法，所述棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的成分为互相掺杂的镍镁所形成的镍镁固溶体，尺寸为200~600nm，截面宽度40~70nm。所述棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法包括步骤：在室温~70℃下将镍镁金属盐、去离子水混合均匀，恒温5~10min，稳定一段时间后加入表面活性剂，反应20min~30min后，加入有机溶剂，干燥后，用有机溶剂清洗，真空干燥后得到棒状纳米镍镁固溶体催化剂前驱体。所得前驱体在550~750℃下焙烧2~8h得到形貌均一稳定，分散性好的棒状纳米镍镁固溶体催化剂。本发明专利技术分散性好，成分可控；方法简单，易于操作，催化剂的形貌均一，稳定性能好，对甲烷和二氧化碳重整反应具有良好的催化活性。

Rod shaped nano nickel containing metal solid solution catalyst and preparation method thereof

The invention provides a nano nickel metal solid solution catalyst and its preparation method, the formation of nickel nickel magnesium magnesium component of the nano nickel metal solid solution catalysts for each doped solid solution, the size is 200~600nm, the width of the cross section of 40~70nm. The preparation method of the nano nickel metal solid solution catalyst comprising the steps of: at room temperature ~70 deg.c nickel magnesium metal salt, deionized water mixing, 5~10min temperature, stable for a period of time after the addition of surfactant, reaction of 20min~30min after adding organic solvent, after drying, use organic solvent cleaning, vacuum after drying the rod like nano nickel magnesium solid solution catalyst precursor. The precursor obtained by calcination of 2~8h at 550~750 temperature has a uniform, stable and well dispersed nano crystalline nickel magnesium solid solution catalyst. The invention has the advantages of good dispersibility, controllable composition, simple method and easy operation; the catalyst has uniform appearance and good stability; the catalytic reaction of methane and carbon dioxide has good catalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
棒状纳米含镍金属固溶体催化剂及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料的制备
，特别是涉及一种棒状纳米含镍金属固溶体催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着世界石油储量的不断下降，人类不得不开始考虑发展可替代的新能源，而地壳、海洋中丰富的天然气以及页岩气成为了21世纪最具有竞争力的新型能源。天然气的主要成分为甲烷，它的温室效应是二氧化碳的20倍，严重引起全球温室效应。甲烷二氧化碳重整利用了引起温室效应的二氧化碳和甲烷两种气体，对缓解全球气候变暖，实现低碳生活具有重大意义。该反应制备合成气的过程中产生的理论H2/CO比约为1，是F-T合成及羰基合成的理想原料。甲烷二氧化碳重整过程由于是具有较大反应热的可逆反应，因此该过程可以作为能量储存的介质。甲烷二氧化碳重整过程的正反应所需的能量可以从太阳能、核能或是矿物燃烧中获取。这些能量将以化学能的形式储存在产物中(CO/H2的混合气)，然后通过管道输送到需要的地方，再在多相催化剂的作用下发生可逆反应，释放所储存的能量，所以该反应对太阳能及核能的开发利用是一个很好的途径。目前，已有大量的研究表明，贵金属(Pt、Ru、Pb、Ir、和Rh等)在甲烷二氧化碳反应中具有良好的催化活性和抗积炭性。然而贵金属资源匮乏，价格昂贵，因此更多的研究者将注意力集中在非贵金属Ni上。在催化活性上，相同条件下的Ni基催化剂仅次于Pt和Ir，因而成为最具有可能取代贵金属的甲烷二氧化碳重整催化剂。然而，Ni基催化剂容易烧结和积炭。通过引入载体镁，使其与镍形成固溶体，使得镍得到有效的分散，从而可以大幅度提高催化剂的活性以及抗积炭能力。因此，本专利技术提出了一种有效的制备镍镁纳米棒状催化剂，在低温下可以有效的一直催化剂的积炭，使得催化剂具有高效的活性。对于镍镁催化剂，以往报道的形貌结构十分稀少，关于其棒状结构，国内外均无报道。
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棒状纳米含镍金属固溶体催化剂及其制备方法，该催化剂由硝酸镍与硝酸镁合成，分散性好，成分可控；本专利技术的制备方法采用水热合成法，通过调控金属前驱体的比例和反应时间及温度，得到组分不同的镍镁纳米棒状催化剂，方法简单，易于操作，催化剂的形貌均一，稳定性能好，将其应用于甲烷和二氧化碳重整反应，表现出良好的催化活性，具有一定的的工业化应用前景。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1)，将镍盐、第一金属盐以及去离子水同时加入反应容器中，混合均匀得第一溶液，所述第一金属盐包括镁盐、铜盐及铁盐中的一种；步骤2)，对所述第一溶液进行搅拌，温度稳定一段时间后，加入表面活性剂，反应后得第二溶液；步骤3)，将有机溶液加入所述第二溶液中，搅拌后得到第三溶液；步骤4)，将所述第三溶液移入水热釜中进行反应，将反应所得溶液用有机溶剂和去离子水进行洗涤，干燥后得到棒状纳米含镍金属催化剂的前驱体；步骤5)，对所述棒状纳米含镍金属催化剂的前驱体进行焙烧，得到棒状纳米含镍金属催化剂。作为本专利技术的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，所述镍盐与第一金属盐的摩尔比范围为0.2～0.6:1，所述镍盐、第一金属盐为硝酸盐或者醋酸盐，混合均匀的温度为室温～70℃，保温时间为5～20min。作为本专利技术的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，采用磁力搅拌器对所述第一溶液进行搅拌，所述磁力搅拌器转速为400～600r/min，所述温度稳定时间为5～10min，表面活性剂选自于聚乙二醇及PVP中的一种，所述反应的时间为20～30min。作为本专利技术的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法的一种优选方案，步骤3)中，所述有机溶液包括乙二醇及PVP中的一种。作为本专利技术的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法的一种优选方案，步骤4)中，其反应温度为150℃～200℃，反应时间为12h～18h。作为本专利技术的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法的一种优选方案，步骤4)中，洗涤采用的有机溶剂选自乙醇、氯仿、异丙醇中的一种或两种以上混合。作为本专利技术的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法的一种优选方案，步骤5)中，焙烧的温度范围为550～750℃，焙烧的时间范围为2h～8h。本专利技术还提供一种棒状纳米含镍金属固溶体催化剂，其由镍及第一金属固溶体所形成的纳米棒状结构，所述第一金属包括镁、铜、铁中的一种。作为本专利技术的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的一种优选方案，所述纳米棒状结构的长度为200～600nm，横截面宽度为30～70nm。本专利技术还提供一种棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的应用方法，将所述棒状纳米含镍金属固溶体催化剂应用于甲烷二氧化碳重整反应。作为本专利技术的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的应用方法的一种优选方案，催化反应的温度为550～750℃，压力为常压，甲烷与二氧化碳的流速比CH4:CO2＝1:1～2。如上所述，本专利技术的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术所提出的这种棒状镍镁固溶体纳米催化剂，在乙二醇体系中，镍盐和镁盐互相掺杂反应，经过水热和焙烧，获得了具有高分散的贵镍镁固溶体纳米棒，该材料形貌尺寸均一且高温结构稳定性良好，应用于甲烷二氧化碳重整反应。而且，该种催化剂具有稳定性好、寿命长、活性高等优点，连续运转300h无明显失活现象，具有良好的工业化应用前景。附图说明图1显示为本专利技术的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法的步骤流程示意图。图2为实施例1中制备的棒状镍镁固溶体催化剂的SEM图。图3为实施例3中制备的棒状镍镁固溶体催化剂的SEM图。图4为实例4中制备的棒状镍镁固溶体催化剂的XRD图谱。图5为实例2中制备的棒状镍镁固溶体催化剂的反应效果图。元件标号说明S11～S15步骤1)～步骤5)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5。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及图2所示，本实施例提供一种棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法，包括以下步骤：如图1所示，首先进行步骤1)S11，将镍盐、第一金属盐以及去离子水同时加入反应容器中，混合均匀得第一溶液，所述第一金属盐包括镁盐、铜盐及铁盐中的一种。作为示例，步骤1)中，所述镍盐与第一金属盐的摩尔比范围为0.2～0.6:1，所述镍盐、第一金属盐为硝酸盐或者醋酸盐，混合均匀的温度为室温～70℃，保温时间为5～20min。如图1所示，然后进行步骤2)S12，对所述第一溶液进行搅拌，温度稳定一段时间后，加入表面活性剂，反应后得第二溶液。作为示例，步骤2)中，采用磁力搅拌器对所述第一溶液进行搅拌，所述磁力搅拌器转速为400～600r/min本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，将镍盐、第一金属盐以及去离子水同时加入反应容器中，混合均匀得第一溶液，所述第一金属盐包括镁盐、铜盐及铁盐中的一种；步骤2)，对所述第一溶液进行搅拌，温度稳定一段时间后，加入表面活性剂，反应后得第二溶液；步骤3)，将有机溶液加入所述第二溶液中，搅拌后得到第三溶液；步骤4)，将所述第三溶液移入水热釜中进行反应，将反应所得溶液用有机溶剂和去离子水进行洗涤，干燥后得到棒状纳米含镍金属催化剂的前驱体；步骤5)，对所述棒状纳米含镍金属催化剂的前驱体进行焙烧，得到棒状纳米含镍金属催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，将镍盐、第一金属盐以及去离子水同时加入反应容器中，混合均匀得第一溶液，所述第一金属盐包括镁盐、铜盐及铁盐中的一种；步骤2)，对所述第一溶液进行搅拌，温度稳定一段时间后，加入表面活性剂，反应后得第二溶液；步骤3)，将有机溶液加入所述第二溶液中，搅拌后得到第三溶液；步骤4)，将所述第三溶液移入水热釜中进行反应，将反应所得溶液用有机溶剂和去离子水进行洗涤，干燥后得到棒状纳米含镍金属催化剂的前驱体；步骤5)，对所述棒状纳米含镍金属催化剂的前驱体进行焙烧，得到棒状纳米含镍金属催化剂。2.根据权利要求1所述的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述镍盐与第一金属盐的摩尔比范围为0.2～0.6:1，所述镍盐、第一金属盐为硝酸盐或者醋酸盐，混合均匀的温度为室温～70℃，保温时间为5～20min。3.根据权利要求1所述的棒状纳米含镍金属固溶体催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用磁力搅拌器对所述第一溶液进行搅拌，所述磁力搅拌器转速为400～600r/min，所述温度稳定时间为5～10min，表面活性剂选自于聚乙二醇及PVP中的一种，所述反应的时间为20～30min。4.根据权利要求1所述的棒状纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝艳，肖青林，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