[发明专利]一种原位掺碳型镍基介孔催化剂的制备和应用

说明书

本发明涉及一种通过原位掺碳制备Ni/FDU‑12催化剂的方法。该催化剂中，以100重量份计，金属镍元素的含量为5～30重量份，碳元素的含量为1～10重量份，其余为有序介孔FDU‑12载体。催化剂制备包括：配制镍盐溶液；在镍盐溶液中，加入糖或醇等碳物种前驱体；采用浸渍法负载于FDU‑12载体上，经过真空干燥、惰性气氛下焙烧制得镍基介孔催化剂。本发明采用高比表面积、孔径尺寸可调的有序介孔FDU‑12为载体，通过原位掺碳制备活性组分高度分散于载体孔道内的镍基介孔催化剂。碳物种的存在既提高了金属颗粒的分散性，又起到物理阻隔的作用，有效抑制金属颗粒的高温烧结现象。该催化剂可以同时用于合成气甲烷化反应和甲烷干气重整反应，具有高催化活性、高热稳定性以及长寿命等优点。

技术领域

本发明属于催化剂及其制备技术领域，具体地，本发明涉及一种通过原位掺碳高度分散于FDU-12孔道内的镍基催化剂的制备和应用。

背景技术

Ni基催化剂由于其价格相对低廉、催化活性较高，广泛应用于化学工业中，如加氢、脱氢、烃类重整、甲烷化等反应。目前镍基催化剂的制备方法通常是以其盐类与沉淀剂进行沉淀或者将其盐溶液浸渍于多孔性载体上，然后进行焙烧和还原得到催化剂样品。传统方法制备的镍基催化剂上，Ni纳米颗粒由于尺寸较小、比表面积高，稳定性差，在热力学上倾向于迁移、聚集和烧结，使得其在反应过程中粒径增加，活性表面降低，并最终导致催化剂失活，尤其在合成气甲烷化和烃类重整等高温反应过程中这种现象更为突出。同时，高温下这些反应也面临着严重的积碳问题。积碳会污染活性金属的表面、阻塞催化剂的孔道、损坏催化剂载体的结构，并且严重的积碳会造成镍的流失最终导致催化剂失活。因此研究耐高温以及高活性的Ni基催化剂具有重要意义。

载体对于提高催化剂的稳定性是非常关键的。有序介孔材料以其高比表面积、热稳定性较好、孔道规整可调以及可以掺杂杂原子和对金属活性组分较好的分散作用等特性，因此其被广泛的应用于吸附剂、催化剂载体以及催化加氢等领域。由于有序介孔材料多是纯硅基，不具有催化活性，一般需要通过浸渍法可将金属/金属氧化物负载到有序介孔材料上制备催化剂。但是金属/金属氧化物大多分布于介孔分子筛表面且很难分散均匀，并且由于SiO₂载体与金属颗粒的作用力较弱，高温时金属颗粒会沿着孔道轴向迁移，进而导致严重的烧结。

因此，需要寻找一种简单易操作的方法制备高分散镍基有序介孔催化剂，在保证高活性的同时，还需要具备优良的抗烧结、抗积碳性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高度分散于FDU-12孔道内的镍基催化剂的制备和应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：本发明的第一目的在于提供一种分散于FDU-12孔道内的镍基有序介孔催化剂，所述催化剂以有序介孔FDU-12为载体，以金属Ni为主要活性组分；其中，以100重量份计，金属镍元素的含量为5～30重量份，碳元素的含量为1～10重量份，其余为有序介孔FDU-12；所述碳元素为蔗糖、葡萄糖、果糖、木糖醇、山梨醇、聚乙烯醇和聚乙二醇。

所述有序介孔FDU-12的孔径尺寸在10～42 nm，窗口尺寸3.8～20 nm，孔体积为0.36～1.06 cm³/g。该有序介孔FDU-12是目前孔径较大的有序介孔材料，由于FDU-12在保持高度有序的二维六方结构的同时，较传统的MCM-41、SBA-15等介孔材料具有更大的孔径尺寸、更厚的孔壁结构和更好的水热稳定性，因此，在吸附、催化、生物医药以及新材料加工等领域都展现出广泛的潜在应用前景。所述有序介孔FDU-12的孔径尺寸为10～42 nm，窗口尺寸3.8～20 nm，孔体积为0.36～1.06 cm³/g。