[发明专利]CeO2

说明书

本发明涉及一种适用于甲烷‑二氧化碳重整过程的氧化铈包裹的碳化硅负载金属元素催化剂的制备方法。主要方式为在SiC制备过程中，原位将金属元素掺杂在SiC上，或者直接在SiC表面负载金属元素，进而在催化剂外层包裹CeO₂层，以增强该催化剂的稳定性。该催化剂耐温性能极佳，抗烧结性能出色；同时具有较好的热传导能力，避免了催化剂床层温度不均匀，抑制了积碳副反应的进行，同时具有较佳的机械强度，抗磨损能力强，具有较好的稳定性。本发明克服了传统甲烷‑二氧化碳重整催化剂易于积碳、烧结的问题，具有催化剂寿命长(100h)、催化剂高温(＞600℃)下稳定性好、抗积碳、机械强度高等特点，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及多相催化与碳一化工领域，尤其是涉及一种CeO₂包覆的碳化硅负载金属元素催化剂应用于甲烷-二氧化碳重整过程的方法。

背景技术

二氧化碳与甲烷作为典型的温室气体，已经引起了环境、能源等诸多方面的挑战。现阶段全球碳排放控制已成为影响各个国家经济发展的重要因素，同时带来了大量的环境问题。如何避免直接排放，而将其有效深度利用转化成为高附加值化学产品，是一个十分重要的研究领域。

现阶段，CO₂的利用主要有电化学还原、直接加氢制烯烃与CO₂-甲烷干气重整，其中CO₂-甲烷干气重整具有独特的优势，按照反应方程式(1)，可以产出1:1的合成气(CO+H₂)，进而通过合成气转化，如F-T、Ox-Zeo过程等，可以直接获得烯烃、芳烃、油品等高附加值产物，理想情形下，该过程的碳原子利用率高达100％，是一个十分理想的反应过程。

CO₂-甲烷干气重整的催化剂以Ni基催化剂为代表，在传统催化剂中，由于CH₄倾向于在Ni催化剂表面解离形成积碳，从而覆盖了催化剂的活性位，导致催化剂活性迅速降低，另外，催化剂易于烧结而降低活性。催化剂的烧结与积碳问题给CO₂-甲烷干气重整过程的推进提出了严峻的挑战。

CO₂-甲烷干气重整是强吸热反应过程，对于热传导能力较差的催化剂，在反应过程必定会造成催化剂床层的温度降低，在催化剂局部形成“冷点”，而温度降低将导致副反应2CO＝CO₂+C的Gibbs自由能变降低，尤其是在670℃附近Gibbs自由能降到0以下，热力学上具有可行性，从而造成了催化剂的积碳失活(图2)。因此，使用一种高导热能力的催化剂，是一种行之有效的应用于CO₂-甲烷干气重整的抗积碳技术手段。

发明内容

本发明涉及一种CeO₂包覆的碳化硅负载金属元素催化剂应用于甲烷-二氧化碳重整过程。

本发明技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种催化剂，所述催化剂为核-壳结构，所述外壳包覆在内核上；所述外壳为CeO₂；所述内核为负载金属元素的碳化硅晶格M@SiC；所述金属元素为Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Pt、Ir中的一种或多种。

所述的碳化硅负载金属元素M@SiC，主要通过合成碳化硅时将同时引入金属元素前驱体，将活性金属直接掺杂在碳化硅晶格中或者碳化硅表面。所述M@SiC中的金属元素含量为0.1％-20wt％；所述Ce:M摩尔比为1：10～10：1。优选地，所述M@SiC中的金属元素含量为0.5％-5wt％；所述Ce:M摩尔比为1：5～5：1：。