[发明专利]一种用于甲烷二氧化碳重整制合成气的催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于甲烷二氧化碳重整制合成气的催化剂及制备方法。该催化剂将碳纤维与金属氧化物结合作为复合载体，金属镍为活性组分，制得镍/金属氧化物‑碳纤维催化剂；其中符号“/”前表示催化剂的活性组分，“/”后表示催化剂的载体，符号“‑”表示两种物质复合。制备方法是将金属(X)与Ni的硝酸盐溶液和碳酸钠溶液通过并加法滴入含纳米碳纤维的反应器进行共沉淀反应，过滤得到沉淀产物，再经水洗、烘干、煅烧、研磨等步骤制得所需催化剂。此催化剂具有较大比表面积及发达的孔结构，低温活性高，稳定性好，成本低廉，具有一定的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维与金属氧化物复合载体金属催化剂的制备方法及其在CH₄/CO₂重整过程中的应用。属于复合催化剂制备及气化重整领域。

背景技术

CH4-CO2催化重整制合成气技术，既能缓解一定的能源危机也能起到改善日益严重的环境问题的作用。与此同时在甲烷二氧化碳重整反应中因产生的H2/CO比约为1，可以直接作为羰基合成或Fischer-Tropsch合成的原料，又因在此重整中具有较大反应热的可逆反应,所以又可以作为能量储存介质和运输能源。因此这是一个具有经济、环保、科学的多重价值的研究方向。

在传统的甲烷二氧化碳催化重整制合成气催化剂中，大部分都是以单一金属氧化物为载体，以单一的镍或镍加单一稀土元素为活性组份所构成的。这些类型催化剂高温易烧结，稳定性较差且价格较高，因而造成高投入、低产出的结果。

由于炭材料的优异性能，引起了学者的广泛关注并开始将其做为载体研究二氧化碳重整甲烷反应。其中纳米碳纤维作为一种新的碳材料，与金属催化剂相比，具有以下优势：①较低的成本；②耐高温性能③抗硫和原料气中其他有害物质。但也因低温时活性较低，而不能起到良好的催化作用。因此将碳纤维与金属氧化物结合作为复合载体，通过碳纤维与金属的相互作用，将碳纤维与金属材料的优势相结合，减少单一载体对催化剂造成的负面影响。

发明内容

技术问题：本发明的目的就是要提供以金属氧化物与碳纤维形成的复合物为载体，金属镍为活性组分的甲烷二氧化碳重整制合成气的催化剂，以及该催化剂的制备方法和用途。

技术方案：本发明的一种甲烷二氧化碳重整制合成气的催化剂，该催化剂将碳纤维与金属氧化物结合作为复合载体，金属镍为活性组分，制得镍/金属氧化物-碳纤维催化剂；其中符号“/”前表示催化剂的活性组分，“/”后表示催化剂的载体，符号“-”表示两种物质复合。

所述催化剂中碳纤维与金属氧化物的质量比为0.25～4，金属镍与催化剂的质量比为0.02～0.25。

本发明的的甲烷二氧化碳重整制合成气的催化剂的制备方法具体包括如下步骤：

步骤1：分别配制金属(X)硝酸盐和硝酸镍混合溶液与碳酸钠溶液；

步骤2：在40℃恒温水浴条件下，分别将金属(X)硝酸盐和硝酸镍混合溶液与碳酸钠溶液通过蠕动泵以相同流量加入装有碳纤维的烧杯中连续搅拌，其中烧杯中预先加入水和碳纤维混合搅拌，待沉淀完全后继续搅拌20-80分钟，作为沉淀的老化时间,得到沉淀物A；

步骤3：将步骤2的沉淀物A抽滤并水洗至中性，得到沉淀物B；

步骤4：将步骤3的沉淀物B置于100～120℃电热鼓风干燥箱内，干燥时间8～14h；然后将其置于管式炉中，在300～750℃，氮气保护下，恒温焙烧1.5～14h，得到焙烧样品；

步骤5：将步骤4的焙烧样品研磨，筛分出60～80目的粉粒，得到成品催化剂。

其中：

所述步骤1中的金属(X)为Al、Ca、Mg、La、Ce、Ti、Zr及其混合物。

步骤2所述碳纤维是经氢氧化钾活化的活性碳纤维，具体包括如下步骤：