一种改性镁铝水滑石催化剂及其制备方法和应用技术

本申请涉及甲烷裂解催化剂制备技术领域，具体涉及一种改性镁铝水滑石催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)原料混合：将盐溶液、聚环氧乙烷

【技术实现步骤摘要】
一种改性镁铝水滑石催化剂及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及甲烷裂解催化剂制备
，尤其是涉及一种改性镁铝水滑石催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碳纳米管作为一种一维量子材料，由于其具有较低的密度、优异的力学性能和导电性、较好的物理和化学稳定性，在锂离子电池导电剂、高分子复合材料、催化剂载体等领域具有广泛的应用前景。此外碳纳米管还具有光学特性和储氢等其他良好的性能，使得碳纳米管被认为是理想的聚合物复合材料的增强材料。甲烷催化裂解工艺可以同时得到碳纳米管和不含碳氧化物的氢气，其原子利用率达到了最大值，因此该技术路线得到较为广泛的关注。为了提升甲烷裂解催化效率，相关反应催化剂的研究也越来越多。
[0003]目前，甲烷裂解催化剂主要以贵金属(Pt、Pd)和少量非贵金属(Ni、Cu、Fe)为活性位点。贵金属催化剂具有较好的催化活性，但由于价格昂贵无法进行大规模工业化生产。非贵金属催化剂降低了反应成本，同时又能够得到较为理想的反应活性，因此得到了较为广泛的应用。现有的催化剂有采用硅铝钛复合氧化物为载体、贵金属钯为活性组分、玻璃纤维作为增强剂，然后进行蜂窝状催化剂挤出成型，干燥煅烧制得，该催化剂不仅具有较强的机械强度而且表现出较好的甲烷制氢活性，但贵金属催化剂的使用大大提高了工艺成本。还有以粉煤灰作为载体，金属Ni、Fe为活性组分，CeO2为金属助剂，采用共沉淀后浸渍的方法制备了Ni
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Fe
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CeO2粉煤灰催化剂应用于甲烷裂解中，该催化剂虽有良好的循环性能但是其催化活性不是很高。还有通过改变碳源来提高生成氢气和碳纳米管产量的方法，所用催化剂为溶胶
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凝胶法制备的镍系及铁系催化剂，其选用的碳源包括甲烷和多碳烷烃，通过多碳烷烃对反应系统的裂解做功效应可以显著促进甲烷裂解，提高碳纳米管的生产效率，降低生产成本，但是其甲烷转化率较低，始终持续在49％左右。因此，开发高活性、高稳定性、不易烧结的抗积碳催化剂仍是开展大规模甲烷催化裂解制氢的关键问题。

技术实现思路

[0004]为了能够减缓催化剂结焦，提升催化剂的催化活性，本申请提供一种改性镁铝水滑石催化剂及其制备方法和应用。
[0005]本申请提供的一种改性镁铝水滑石催化剂及其制备方法和应用采用如下的技术方案：
[0006]第一方面，本申请提供一种改性镁铝水滑石催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)原料混合：将盐溶液、聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶液混合，搅拌均匀得到反应溶液，所述盐溶液由铝盐、镁盐和水混合形成；
[0008](2)沉淀晶化：向所述反应溶液中加入沉淀剂进行共沉淀反应，反应结束后进行水热晶化，然后再经过抽滤、洗涤、干燥、煅烧后，得到改性水滑石；
[0009](3)浸渍：向所述改性水滑石中加入由镍盐、镧盐、柠檬酸和水形成的混合液，浸渍
搅拌后进行干燥、煅烧，得到镍酸镧负载的改性水滑石催化剂。
[0010]本申请通过采用聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶液作为模板剂，使其在共沉淀过程中可以插入前驱体水滑石的层板空间，通过水热过程保证晶体的稳定成型过程，再经焙烧除去模板剂得到具有多孔结构的复合氧化物载体，从根源上改进了催化剂的结构，使其暴露更多的还原位点，提高表面负载镍、镧金属的分散度，从而提高催化活性，催化剂平均孔径较大，有利于反应物分子的扩散，减缓催化剂的结焦，大幅度提升了对甲烷的吸附能力，提高催化剂的反应活性；同时该催化剂制备方法简单，可操作性强，使用该催化剂催化甲烷裂解制备的碳纳米管具有均匀的管径及高收率
[0011]优选的，所述步骤(1)中，所述盐溶液中铝离子与镁离子的摩尔比为1:(2～4)，所述铝盐硝酸铝，所述镁盐为硝酸镁。
[0012]优选的，所述聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶液的浓度为2～5g/L，所述聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶液与盐溶液的体积比为1:(1～3)。
[0013]通过调节聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶液与盐溶液的体积比，从而能够进一步促进改性水滑石形成具有多孔结构的复合氧化物载体，从根源上改进催化剂的内部结构。
[0014]优选的，所述步骤(2)中，所述沉淀剂为碳酸钠溶液，所述碳酸钠溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。
[0015]优选的，所述步骤(2)中，所述水热晶化的温度为200～220℃，水热晶化的时间为10～20h；所述干燥温度为90～150℃，干燥时间为8～12h；所述煅烧温度为600～750℃，煅烧时间为4～5h。
[0016]优选的，所述步骤(3)中，所述镍盐为硝酸镍，所述镧盐为硝酸镧，所述混合液中镍离子和镧离子的摩尔比为4：(5～6)；所述柠檬酸与镍离子和镧离子的总离子摩尔比为1:1。
[0017]优选的，所述步骤(3)中，所述浸渍搅拌时间为8～12h，浸渍温度为35～55℃；所述干燥温度为80～120℃，干燥时间为18～24h。
[0018]优选的，所述步骤(3)中，所述煅烧包括：先以2～3℃/min的升温速率于450～500℃下分解1～2h，然后以相同的升温速率升至650～750℃，煅烧4～8h。
[0019]为了提高催化剂中金属镍、镧的负载程度，需要对浸渍时间进行控制，同时采用程序分段煅烧的方式，使得金属镍、镧与镁、铝的氧化物之间产生强作用力，从而减少了金属颗粒间的团聚，提高了整体的催化活性。
[0020]本专利技术的第二方面，提供一种改性镁铝水滑石催化剂，由上述制备方法制得。
[0021]本专利技术的第三方面，将制备的改性镁铝水滑石催化剂放置于流化床中，在还原气氛下进行还原，所述还原气氛为氢气，还原空速为0.2～0.5/h，还原温度为600～650℃；再将流化床的温度升温至650～700℃，通入甲烷进行裂解反应，甲烷的流量为0.3～0.5m3/h，裂解反应的时间为180～210min，得到氢气和碳纳米管固体材料。
[0022]将本申请制备得到的改性镁铝水滑石催化剂应用于甲烷裂解制备氢气和碳纳米管中，通过制备参数的调节，能够使催化剂达到最优催化效果，有效提升氢气和碳纳米管固体材料的产率。
[0023]本申请具有以下有益技术效果：
[0024]1、本申请制备的镍酸镧改性的镁铝水滑石催化剂，采用聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶液作为模板剂，使其在共沉淀过程中可以插入前驱体水滑石的层板空间，通过水热过程保证晶体的稳定成型过程，再经焙烧除去模板剂得到具有多孔结构的复合氧化物载体，从根源上改进了催化剂的结构，使其暴露更多的还原位点，提高表面负载镍、镧金属的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性镁铝水滑石催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)原料混合：将盐溶液、聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶液混合，搅拌均匀得到反应溶液，所述盐溶液由铝盐、镁盐和水混合形成；(2)沉淀晶化：向所述反应溶液中加入沉淀剂进行共沉淀反应，反应结束后进行水热晶化，然后再经过抽滤、洗涤、干燥、煅烧后，得到改性水滑石；(3)浸渍：向所述改性水滑石中加入由镍盐、镧盐、柠檬酸和水形成的混合液，浸渍搅拌后进行干燥、煅烧，得到镍酸镧负载的改性水滑石催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述盐溶液中铝离子与镁离子的摩尔比为1:(2～4)，所述铝盐硝酸铝，所述镁盐为硝酸镁。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶液的浓度为2～5g/L，所述聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶液与盐溶液的体积比为1:(1～3)。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述沉淀剂为碳酸钠溶液，所述碳酸钠溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述水热晶化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：童裳慧，
申请(专利权)人：中晶城康资源再生利用技术有限公司，
类型：发明
国别省市：