沼气全组分转化生物甲醇催化剂NiCo制造技术

本发明专利技术涉及沼气全组分转化生物甲醇催化剂NiCo

Nico catalyst for the conversion of biogas to methanol

The invention relates to Nico catalyst for biogas full component conversion of bio methanol

【技术实现步骤摘要】
沼气全组分转化生物甲醇催化剂NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam及制备方法
本专利技术属于催化剂
，具体涉及沼气全组分转化生物甲醇催化剂NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam及制备方法。
技术介绍
当今世界的能源供应主要是以煤、石油、天然气这三种不可再生化石资源为主。现在全球化的脚步迈进新世纪，人口数量的急剧上升和经济总量的快速增长，导致了地球资源被大肆利用，虽然目前仍然存在深海油气、可燃冰、煤层气及页岩气等多种资源可供开发和利用，人类也开始关注不可再生化石燃料潜在的短缺问题。自然界蕴藏着丰富的沼气资源，况且沼气是一种对环境友好的优质绿色资源,作为能源所放出的有害气体比等当量的煤和石油要少得多。从长远的发展看,随着沼气对石油相对价格的下跌和沼气转化技术的进步，沼气在二十一世纪将取代石油成为主要的化工原料。大气中过高的CO2浓度对气候及生态平衡有极大的负作用。随着环保呼声的日益增强,如何合理利用引起温室效应的CO2使其变废为宝,这将是引起世界各国普遍重视的问题。总之，沼气己成为继石油之后的第三大能源,以气代油是未来能源和化工原料路线转移的必然趋势。沼气(主要成分是甲烷和二氧化碳)本身是一种较清洁，易于输送的能源,由沼气出发可以加工制得与社会经济和人们生活密切相关的产品，例如，沼气蒸汽催化转化制合成气,合成气制备各种碳氢化合物及含氧衍生物,如加工制得农用化学品，三聚氰氨等,也可经转化制得纯氢，提供其它行业用。从甲烷转化制合成气的技术来讲,可以采用甲烷部分氧化法、甲烷自热转化法，还可采用甲烷催化部分氧化法等。目前人们较关注的是甲烷蒸汽补二氧化碳催化转化法，这样制得的合成气较适合合成甲醇。全球每年通过各种途径排放于大气中的甲烷达到一亿吨,通过人类活动产生的排放量约为总排放量的一半左右。因此，合理有效的开发利用沼气中的甲烷和二氧化碳具有双重的意义，既可以有效的利用资源，也可以有效的控制甲烷产生的温室效应,减少甲烷对全球变暖的影响。合成气系指一氧化碳和氢气的混合气，合成气中CO和H2比值随原料和生产方法的不同而异，其摩尔比为1/2～3/1。合成气为有机合成原料之一，也是氢气和一氧化碳的来源，在化学工业中有着重要的作用。制备合成气的原料是多种多样的，许多含碳资源如煤、天然气、石油或渣油等均可用来制造合成气。利用合成气可以转化成液体和气体燃料、大宗化学品和高附加值的精细有机化工产品。因此利用可再生的沼气作为原料代替合成气能够有效的降低环境污染以及温室效应，开发出高效的催化沼气全组分转化合成气的催化剂对于我国目前的国情具有深远的意义。在催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇反应中，目前应用较广泛的是贵金属催化剂例如(Pd和Pt)，使用贵金属成本较高，应用困难；因此研发一种成本低廉，性能稳定，催化效果好的催化剂具有重大应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇的贵金属催化剂成本高，难以工业化应用的缺陷和不足，提供一种沼气全组分转化生物甲醇催化剂NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam。本专利技术以SiC-Foam为原料，通过煅烧在SiC表面生成一层SiO2膜，得到载体SiC-SiO2-Foam；然后以NiCo2O4为催化活性成分，通过负载量、煅烧条件的优化，使得尖晶石型NiCo2O4颗粒较小，分散性高，分散均匀，避免了高负载镍基催化剂在高温下易于团聚、催化性能受限的问题；通过进一步还原处理，得到的Ni-Co/SiC-SiO2-Foam转化率高，可以很好地催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇反应中的应用。本专利技术的另一目的在于提供一种沼气全组分转化生物甲醇催化剂Ni-Co/SiC-SiO2-Foam。本专利技术的另一目的在于提供上述Ni-Co/SiC-SiO2-Foam在催化沼气全组分转化合成气中的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种沼气全组分转化生物甲醇尖晶石型催化剂NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam，NiCo2O4负载于载体SiC-SiO2-Foam上，NiCo2O4的负载量为3～7％；所述NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam通过如下步骤制备得到：S1：将SiC-Foam在含氧氛围下于900～1050℃下煅烧2～4h得到SiC-SiO2-Foam；S2：将钴源和镍源溶解后加入SiC-SiO2-Foam，粉碎处理，加入螯合剂，进行微波处理得凝胶，干燥，得NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam尖晶石型前体；S3：将NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam尖晶石型前体在含氧气氛下于700～800℃下煅烧4～6h即得所述NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam。研究表明以SiO2为载体的高负载镍基催化剂存在在高温下易于团聚、催化性能受限的缺点。并且在工业上常规载体因为导热不均匀或者不稳定会产生冷点问题，从而导致载体上的活性组分因温度的差异活性发挥受到影响或者因为热量传导的问题导致大面积的失活。因而，本专利技术从载体和催化剂活性组分两方面对高负载镍基催化剂进行优化。一方面，本专利技术以具有三位孔状结构的强大约束力和抗冷点作用的SiC-Foam为载体主体，通过高温煅烧使得碳化硅SiC的表面氧化生成一层SiO2膜，碳化硅具有导热均匀热传导高效等特点，同时生成的SiO2膜能够增加活性组分与载体间的相互作用进而从冷点问题和活性问题两方面解决并促进了催化反应过程所遇到的问题以及催化活性问题。另一方面，本专利技术以NiCo2O4作为活性成分，具有尖晶石型的晶胞结构，所有的镍钴元素都以一定规则有的顺序排列。同时通过氢气的还原使得尖晶石型NiCo2O4中的镍元素有序析出使得镍颗粒较小，分散性高，分散均匀，避免了高负载镍基催化剂在高温下易于团聚、催化性能受限的问题。本专利技术制备得到的NiCo2O4/SiC-SiO2-Fiber催化剂表面元素以尖晶石型晶胞的顺序有序排列，再经氢气还原后，镍元素按对应的排列顺序析出，分散性高，分布均匀，性能稳定，得到的Ni-Co/SiC-SiO2-Foam转化率高，可以很好地催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇反应中的应用。本专利技术的制备方法工艺简单，成本低廉，易于工业化推广生产。镍源、钴源和SiC-SiO2-Foam的用量可根据NiCo2O4的负载量进行调节选取。NiCo2O4的负载量对催化剂的性能具有一定的影响，如负载量太低，NiCo2O4分布的稀疏无法达到Co和Ni相互协同的作用；负载量太高，NiCo2O4晶胞分布的太紧密还原后由于镍元素太紧密容易发生团聚。通过对负载量条件进行优化，可进一步提高NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam的催化活性。应当理解的是负载量指的是催化活性成分NiCo2O4在整个NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam催化剂中的质量分数。优选地，所述NiCo2O4的负载量为6％。优选地，S1中所述煅烧的温度为1000℃，时间为3h。优选地，S1中所述含氧氛围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沼气全组分转化生物甲醇催化剂NiCo

【技术特征摘要】
1.一种沼气全组分转化生物甲醇催化剂NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam，其特征在于，NiCo2O4负载于载体SiC-Foam上，NiCo2O4的负载量为3～7％；所述NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam通过如下步骤制备得到：
S1：将SiC-Foam在含氧氛围下于900～1050℃下煅烧2～4h得到SiC-SiO2-Foam；
S2：将钴源和镍源溶解后加入SiC-SiO2-Foam，粉碎处理，加入螯合剂，进行微波处理得凝胶，干燥，得NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam尖晶石型前体；
S3：将NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam尖晶石型前体在含氧气氛下于700～800℃下煅烧4～6h即得所述NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam。


2.根据权利要求1所述NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam，其特征在于，所述NiCo2O4的负载量为5％。


3.根据权利要求1所述NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam，其特征在于，S1中所述煅烧的温度为1000℃，时间为3h；S1中所述含氧氛围为空气氛围。


4.根据权利要求1所述NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam，其特征在于，S2中所述镍源为Ni(NO3)2或乙酸镍中的一种或几种；S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢君，张止戈，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44