一种纳米Ni/Al2O3催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米Ni/Al2O3催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：S1.制备含有聚乙二醇的硝酸铝溶液；所述聚乙二醇与硝酸铝中铝离子的摩尔比为0.1～0.4；S2.在搅拌下向硝酸铝溶液中加入沉淀剂溶液至pH为4.5～5.5，分散均匀后加入硝酸镍溶液形成水溶性溶胶；S3.水溶性溶胶在15～30℃温度下陈化12～24h，然后干燥得到干凝胶；S4.将干凝胶进行预煅烧，再进行煅烧得到催化剂前驱体，所述催化剂前驱体为片/棒状纳米尖晶石；S5.将催化剂前驱体经还原得到所述纳米Ni/Al2O3催化剂。本发明专利技术制得的纳米Ni/Al2O3催化剂比表面积高、活性金属Ni分布均匀、活性金属Ni分散性好，用于催化水蒸气重整愈创木酚制氢时催化活性高、催化稳定性强；且工艺简单，成本低廉，条件可控。

A Nano-Ni/Al2O3 Catalyst and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种纳米Ni/Al2O3催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及包含金属的催化剂
，更具体地，涉及一种纳米Ni/Al2O3催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
氢气作为一种绿色能源载体和清洁燃料，其开发和利用越来越受到重视。水蒸气重整生物质油制氢技术具有原料资源丰富、来源广、耗能低、可再生以及环保清洁等优点。焦油是生物质中热化学转化后的主要副产物。焦油重整制备氢气是一种有效的制备氢气的技术。现在焦油中的醋酸和醇类物质都比较容易转换成氢气。愈创木酚也是焦油的主要成分，但是目前其转化成H2的技术受到催化剂的活性和稳定性的限制，导致焦油催化重整制氢气的效率低。若可以通过催化水蒸气重整愈创木酚，那么既解决了焦油的处理问题，又可将其转化为氢气及其他有用的化学物质。因此，开展催化水蒸气重整愈创木酚制氢的研究，非常具有开发前景。现有技术已报道各种水蒸气重整催化剂，其中，氧化铝负载镍催化剂(即Ni/Al2O3催化剂)具有良好的催化活性和易接近性。目前，Ni/Al2O3催化剂的合成方法包括共沉淀法、浸渍法等方法。浸渍法制备步骤简单，活性组分大多数分布在载体表面上，利用率高，用量少；共沉淀法所得到的材料更均匀。但是，该两种方法所得到的Ni/Al2O3催化剂比表面积不高，活性金属Ni颗粒容易在煅烧过程中团聚，在催化水蒸气重整愈创木酚制氢时催化活性较低以及催化稳定性较差。因此，需要研发出在催化水蒸气重整愈创木酚制氢时催化活性高和催化稳定性强的Ni/Al2O3催化剂。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的催化水蒸气重整愈创木酚制氢时催化活性较低以及稳定性较差的缺陷，提供一种纳米Ni/Al2O3催化剂的制备方法，制得的纳米Ni/Al2O3催化剂比表面积高、活性金属Ni分布均匀、活性金属Ni分散性好，高温下活性金属Ni颗粒不团聚，用于催化水蒸气重整愈创木酚制氢时催化活性高、催化稳定性强，多次反应后不会团聚失活。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制得的纳米Ni/Al2O3催化剂。本专利技术的还一目的在于提供上述纳米Ni/Al2O3催化剂在催化水蒸气重整愈创木酚制氢中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种纳米Ni/Al2O3催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1.制备含有聚乙二醇的硝酸铝溶液；所述聚乙二醇与硝酸铝中铝离子的摩尔比为0.1～0.4；S2.在搅拌下向步骤S1.的硝酸铝溶液中加入沉淀剂溶液至pH为4.5～5.5，分散均匀后加入硝酸镍溶液形成水溶性溶胶；S3.步骤S2.制得的水溶性溶胶在15～30℃温度下陈化12～24h，然后干燥得到干凝胶；S4.将步骤S3.的干凝胶进行预煅烧，再进行煅烧得到催化剂前驱体，所述催化剂前驱体为片/棒状纳米尖晶石；S5.将步骤S4.的催化剂前驱体经还原得到所述纳米Ni/Al2O3催化剂。本专利技术采用溶胶-凝胶法制备催化剂前驱体，进一步还原得到纳米Ni/Al2O3催化剂。通过分步共沉淀法制备水溶性溶胶过程中，添加聚乙二醇并控制聚乙二醇的添加量、配合搅拌等从而控制溶胶的分散性，得到分散性强的溶胶；同时，聚乙二醇在预煅烧时能够产生大量气体，伴随水蒸气的大量释放，形成丰富的孔道结构，聚乙二醇产生的气体分散了颗粒团聚和增长热量，通过控制聚乙二醇的添加量在本申请的范围内从而控制煅烧产物的形貌，得到高比表面积的片/棒状纳米尖晶石，作为催化剂前驱体。催化剂前驱体进行高温还原处理时，由于片/棒状纳米尖晶石的结构和形貌特点，存在空间位阻，导致活性金属Ni颗粒不易聚集而形成活性物质高分散的纳米Ni/Al2O3催化剂。制备过程中，溶胶的分散性较为重要，为了保证溶胶的分散性，本专利技术的聚乙二醇的添加量需要控制在上述范围内，添加沉淀剂的的终点应当为pH4.5～5.5，并配合搅拌等处理方式。另外，陈化温度需要控制在15～30℃范围内，有利于控制陈化过程中产生的颗粒的大小；陈化温度过高，会使得所得颗粒变大，影响后续所得催化剂的活性位点分布，对Ni/Al2O3催化剂的催化活性和催化稳定性产生不利影响。本专利技术制得的纳米Ni/Al2O3催化剂比表面积高、活性金属Ni分布均匀、活性金属Ni分散性好，高温下活性金属Ni颗粒不团聚，用于催化水蒸气重整愈创木酚制氢时催化活性高、催化稳定性强，多次反应后不会团聚失活。为处理生物质热解副产物愈创木酚开辟了一条新的道路。而且，本专利技术的制备方法工艺条件简单，成本低廉，过程易于控制。所述聚乙二醇可以选择PEG-(4000～8000)。例如PEG-6000。所述硝酸铝溶液为分散性硝酸铝溶液。步骤S2.中pH为4.5～5.5。例如，pH为4.75或5.35。步骤S1.和步骤S2.在室温下进行。本申请中，室温是指20～30℃。步骤S3.中陈化的温度为15～30℃。例如，陈化的温度为20或22℃。优选地，步骤S1.中的硝酸铝溶液由聚乙二醇水溶液和硝酸铝制备得到；所述聚乙二醇水溶液的浓度为0.02～0.04mol/L。所述硝酸铝溶液中铝离子的浓度可以为0.1～0.2mol/L。优选地，所述硝酸铝溶液中铝离子的浓度为0.2mol/L。优选地，步骤S2.中搅拌的速率为600～1000r/min。更优选地，步骤S2.中搅拌的速率为800r/min。优选地，步骤S2.中沉淀剂溶液为碳酸铵水溶液。所述碳酸铵水溶液的浓度可以为1mol/L。优选地，步骤S2.通过超声处理实现分散均匀，超声处理的时间为30～120min。更优选地，步骤S2.中的分散均匀通过超声处理实现，超声处理的时间为60min。超声处理使得溶胶中的颗粒分散更为均匀。超声处理时，可以采用本领域常规的超声处理装置，如FS-300N型超声波处理器，20kHz(上海生析超声仪器有限公司)。优选地，步骤S2.中所述硝酸镍溶液的镍离子与硝酸铝溶液中铝离子的摩尔比为0.5～2。更优选地，步骤S2.中所述硝酸镍溶液的镍离子与硝酸铝溶液中铝离子的摩尔比为2。所述硝酸镍溶液的镍离子浓度可以为0.1～0.2mol/L。优选地，所述硝酸镍溶液中镍离子的浓度为0.2mol/L。优选地，步骤S3.中陈化的时间为12h。优选地，步骤S3.中干燥的温度为65～85℃。更优选地，步骤S3.中干燥的温度为85℃。所述干燥在空气环境中进行。优选地，步骤S3.中干燥为鼓风干燥。优选地，步骤S4.中预煅烧的温度为300～400℃，时间为1～2h。更优选地，步骤S4.中预煅烧的温度为400℃，时间为2h。步骤S4.中煅烧得到片/棒状纳米尖晶石的煅烧条件可采用本领域已知的煅烧温度和煅烧时间。优选地，步骤S4.中煅烧的温度为900℃，时间为4h。步骤S5.中将尖晶石还原得到纳米Ni/Al2O3催化剂的方法可采用本领域已知的方法进行。优选地，步骤S5.中还原在氢气氛围中进行，温度为850℃，时间为4h。上述制备方法制得的纳米Ni/Al2O3催化剂也在本专利技术的保护范围内。本专利技术还保护上述纳米Ni/Al2O3催化剂在催化水蒸气重整愈创木酚制氢中的应用。上述纳米Ni/Al2O3催化剂催化水蒸气重整愈创木酚制氢时催化活性高、催化稳定性强，多次反应后不会团聚失活。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过特殊的方法制备得到高比表面积的片/棒状纳米尖晶石，并进一步高温还原得到纳米Ni/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米Ni/Al2O3催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.制备含有聚乙二醇的硝酸铝溶液；所述聚乙二醇与硝酸铝中铝离子的摩尔比为0.1～0.4；S2.在搅拌下向步骤S1.的硝酸铝溶液中加入沉淀剂溶液至pH为4.5～5.5，分散均匀后加入硝酸镍溶液形成水溶性溶胶；S3.步骤S2.制得的水溶性溶胶在15～30℃温度下陈化12～24h，然后干燥得到干凝胶；S4.将步骤S3.的干凝胶进行预煅烧，再进行煅烧得到催化剂前驱体，所述催化剂前驱体为片/棒状纳米尖晶石；S5.将步骤S4.的催化剂前驱体经还原得到所述纳米Ni/Al2O3催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种纳米Ni/Al2O3催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.制备含有聚乙二醇的硝酸铝溶液；所述聚乙二醇与硝酸铝中铝离子的摩尔比为0.1～0.4；S2.在搅拌下向步骤S1.的硝酸铝溶液中加入沉淀剂溶液至pH为4.5～5.5，分散均匀后加入硝酸镍溶液形成水溶性溶胶；S3.步骤S2.制得的水溶性溶胶在15～30℃温度下陈化12～24h，然后干燥得到干凝胶；S4.将步骤S3.的干凝胶进行预煅烧，再进行煅烧得到催化剂前驱体，所述催化剂前驱体为片/棒状纳米尖晶石；S5.将步骤S4.的催化剂前驱体经还原得到所述纳米Ni/Al2O3催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1.中的硝酸铝溶液由聚乙二醇水溶液和硝酸铝制备得到；所述聚乙二醇水溶液的浓度为0.02～0.04mol/L。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋恩臣，王家旻，许细薇，孙焱，吴宇健，范旭东，涂任，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44