[发明专利]一种用于二氧化碳重整反应的多孔碳框架镍基催化剂及其制备方法和使用方法

说明书

本发明公开了一种用于二氧化碳重整多孔碳框架镍基催化剂的及其制备方法和使用方法，本发明的催化剂以经过水热处理的藻类作为载体，镍为活性组分，通过等体积或等量浸渍后得到所需催化剂，其中各组分的质量百分比分别是Ni为5～20％，碳为80～95％。该催化剂应用于二氧化碳重整制备合成气技术领域。该发明所制催化剂在二氧化碳重整稳定性实验中能至少维持800小时且不失活，具有较高的活性、稳定性。该催化剂利用低成本的藻类碳作为载体，可以解决藻类造成的污染问题，实现藻类的综合利用，并且，使用过后的催化剂可通过简单的煅烧回收镍金属，实现镍金属的循环利用，从而达到降低成本、节约资源、保护环境的目的。

本发明属于过渡金属催化剂的制备技术领域，具体涉及一种多孔碳框架镍基催化剂及其制备方法和应用,特别是涉及该催化剂在甲烷-二氧化碳重整转化为合成气中的应用。

背景技术

我国天然气的储量十分丰富，天然气在能源结构中的比例日趋增大，而甲烷是天然气的主要成分，因而，研究开发利用甲烷的技术是当前国际上的热门课题之一。甲烷作为化工原料生产化学品有直接转化和间接转化两种途径。但直接转化法中甲烷转化率和产品收率低，短期内无法实现工业化。间接转化法是将甲烷转化成合成气，进而合成氨、甲醇、乙醇等化工产品，因其转化率较高而受到广泛关注，目前，应用比较广泛的是二氧化碳重整制合成气技术，其主要反应为

催化剂的性能是研究二氧化碳重整技术的关键。该反应所用的催化剂多为负载型催化剂，其中负载的金属活性组分主要集中在第Ⅷ族过渡金属元素。目前工业上应用比较广泛的是非贵金属催化剂，包括Ni、Co、Cu和Fe，其中镍基催化剂具有良好的催化活性和转化率且价格便宜。催化剂除活性组分外，载体也是很关键的影响因素，它不仅为活性组分提供骨架，分散活性组分，形成较高的分散度，还具有增大活性物质的比表面积并提供适宜的孔结构等作用。目前，大部分镍基催化剂是以金属氧化物(比如氧化铝)为载体，此种催化剂在反应过程中易积碳从而导致催化剂失活。另外，该催化剂使用过后，很难实现镍金属的循环利用，是一种资源浪费。

我国藻类资源丰富，已发现的藻类大约有3万种，作为一种重要的可再生资源，藻类具有分布广泛、生物量大、光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短、单位土地产率极高、产量高等突出特点，已经成为一种潜在新能源。但与此同时，这一特点也决定了如若得不到有效的利用，将会给环境带来一定的危害，比如蓝藻的过度生长会导致藻华的形成，将会给生态系统及人类带来极大的危害。

专利201611227543.2提到了一种一种碳负载镍金属催化剂及其制备方法，但该催化剂需使用高浓度的镍离子溶液，对碳载体进行负载，制备活性镍负载量高于20％的催化剂，才能在二氧化碳重整反应中要达到较好的甲烷和二氧化碳转化率均高于80％的催化效果。

需要一种制备成本低，易回收，催化效率高，的镍基催化剂达到了降低成本，节约资源、保护环境的目的。

发明内容

为了提高催化剂活性和稳定性，实现催化剂的回收再利用，本发明提供一种用于二氧化碳催化重整多孔碳框架镍基催化剂及其制备方法和使用方法。该催化剂具有较高的活性和稳定性，并且，可以实现镍金属循环利用，达到了降低成本和节约资源的目的。

本发明的技术方案：一种用于二氧化碳重整反应的多孔碳框架镍基催化剂，催化剂为将海藻生物质除杂后，经水热碳化得到生物碳，而后生物碳加入等体积或等量的含镍离子的溶液中，经浸渍12～24小时，干燥后得镍基催化剂前驱体，而后镍基催化剂前驱体在惰性气体或还原性气体下采用碳热还原法，进而获得的多孔碳框架镍基催化剂。

具体的，所述催化剂是以生物碳为载体，镍为活性组分；其中镍在的负载量为催化剂质量的5～20％。

进一步地，所述催化剂在二氧化碳重整反应中反应时间为0～800小时。

具体的制备方法，采用如下步骤制备：