CN110508302A - 沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber及制备方法 - Google Patents

沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110508302A
CN110508302A CN201910808601.8A CN201910808601A CN110508302A CN 110508302 A CN110508302 A CN 110508302A CN 201910808601 A CN201910808601 A CN 201910808601A CN 110508302 A CN110508302 A CN 110508302A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
sic
sio
lanio
nickel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910808601.8A
Other languages
English (en)
Inventor
谢君
张止戈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China Agricultural University
Original Assignee
South China Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China Agricultural University filed Critical South China Agricultural University
Priority to CN201910808601.8A priority Critical patent/CN110508302A/zh
Publication of CN110508302A publication Critical patent/CN110508302A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/20—Carbon compounds
    • B01J27/22—Carbides
    • B01J27/224—Silicon carbide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/16—Reducing
    • B01J37/18—Reducing with gases containing free hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/344—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy
    • B01J37/346—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy of microwave energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C01B3/26—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
    • C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • C07C29/1516—Multisteps
    • C07C29/1518—Multisteps one step being the formation of initial mixture of carbon oxides and hydrogen for synthesis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
    • C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • C07C29/153—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by the catalyst used
    • C07C29/156—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by the catalyst used containing iron group metals, platinum group metals or compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/061—Methanol production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082—Composition of support materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/12—Regeneration of a solvent, catalyst, adsorbent or any other component used to treat or prepare a fuel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC‑SiO2‑Fiber及制备方法。该催化剂LaNiO3/SiC‑SiO2‑Fiber，LaNiO3负载于载体SiC‑SiO2‑Fiber上，LaNiO3的负载量为3～7％。本发明的LaNiO3/SiC‑SiO2‑Fiber具有钙钛矿型晶胞结构，所有的镍镧元素都以一定规则有序的排列，将其进行还原后得到的Ni‑La2O3/SiC‑SiO2‑Fiber中镍元素按对应的排列顺序析出，分散性高，分布均匀，性能稳定，转化率高，可以很好地催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇反应中的应用。本发明的制备方法工艺简单，成本低廉，易于工业化推广生产。

Description

沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber及制 备方法
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，具体涉及沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber及制备方法。
背景技术
能源是人类社会发展和生产生活所必需的物质基础，能源的使用为社会发展及人民生活水平的提高做出了巨大的贡献。目前，世界上所需的能源仍然主要来自于以煤炭、石油和沼气三大资源为基础的化石能源，尽管近年来太阳能、核能、风能和生物质能等新能源的开发利用有了新的希望，但在未来一、二十年内，化石能源依然将在社会经济发展过程中起着主导作用。随着我国经济的飞快发展，能源的需求量也日趋增多。在我国的能源生产结构中，煤炭的生产量占很大比重，2011年的统计结果显示，在我国能源生产总量中，煤炭占77.8％，石油占9.1％，沼气占4.3％，水电、核电、风电等占8.8％。我国煤炭资源储量丰富，但是煤炭的组分较为复杂，带来的环境问题和社会问题也日益严重，如煤炭中的S元素和N元素燃烧后会变成SO2及NOx，进而形成酸雨，排放的粉尘量也较大，尤其是燃烧后形成的CO2会加剧节能减排所面临的挑战。石油资源由于长期开采，储量已经日趋贫乏，目前我国主要通过进口来满足国内对石油资源的需求量，而过分依赖石油资源会威胁我国的石油安全，并对可持续发展造成损害。相对于煤炭和石油来说，沼气资源属于清洁能源。有资料显示，到21世纪中期，生物质发酵产生的沼气资源将成为主要的能源及化工原料。沼气的主要成分为甲烷。我国生物质储量丰富，对减缓我国能源短缺问题及调整我国能源布局有着重要的意义，但目前在我国一次能源消费结构中，沼气的比例比较小距离世界平均水平差距较大。在已经发展出的生物质产沼气基地中，大部分分布在距离人口密集的工业发达地区较远的边远地区，输配困难，直接利用成本高，如果将其转化为易于运输的液体能源，可降低运输成本，为远距离输送和利用提供便利。甲醇被认为是甲烷转化最理想的液相产物，其优点主要有：①，甲醇保留了甲烷的绝大多数能量，并且具备较高空气压缩比和气化潜热，可以作为洁净的车用燃料和大功率燃料电池的燃料；②，甲醇是一种重要的有机溶剂和化工原料，能够用来生产氯甲烷、甲醛、维尼龙、醋酸纤维、染料、二甲醚以及胶粘剂等；③，甲醇在常温常压下是液体，便于运输和储存。。当人类面临化石能源储量逐年降低的现实威胁时，随着甲醇成本和价格的降低，利用甲醇作为石油化工原料新来源已经发展为一种趋势。
合成气系指一氧化碳和氢气的混合气，合成气中CO和H2比值随原料和生产方法的不同而异，其摩尔比为1/2～3/1。合成气为有机合成原料之一，也是氢气和一氧化碳的来源，在化学工业中有着重要的作用。制备合成气的原料是多种多样的，许多含碳资源如煤、沼气、石油或渣油等均可用来制造合成气。利用合成气可以转化成液体和气体燃料、大宗化学品和高附加值的精细有机化工产品。因此利用可再生的沼气作为原料代替合成气能够有效的降低环境污染以及温室效应，开发出高效的催化沼气全组分转化合成气的催化剂对于我国目前的国情具有深远的意义。
在催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇反应中，目前应用较广泛的是贵金属催化剂例如(Pd和Pt)，使用贵金属成本较高，应用困难；因此研发一种成本低廉，性能稳定，催化效果好的催化剂具有重大应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇的贵金属催化剂成本高，难以工业化应用的缺陷和不足，提供一种沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber。本发明以SiC-Fiber为原料，通过煅烧在SiC表面生成一层SiO2膜，得到载体SiC-SiO2-Fiber；然后以LaNiO3为催化活性成分，通过负载量、煅烧条件的优化，使得钙钛矿型LaNiO3颗粒较小，分散性高，分散均匀，避免了高负载镍基催化剂在高温下易于团聚、催化性能受限的问题。另外，经氢气还原后可得到Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber，Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber中镍元素按对应的排列顺序析出，分散性高，分布均匀，性能稳定，转化率高，可以很好地催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇反应中的应用。
本发明的另一目的在于提供一种沼气全组分转化生物甲醇催化剂Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber。
本发明的另一目的在于提供上述Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber在制备生物甲醇中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，LaNiO3负载于载体SiC-SiO2-Fiber上，LaNiO3的负载量为3～7％；所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber通过如下步骤制备得到：
S1：将SiC-Fiber在含氧氛围下于900～1050℃下煅烧2～4h得到SiC-SiO2-Fiber；
S2：将镧源和镍源溶解后加入SiC-SiO2-Fiber，粉碎处理，加入螯合剂，进行微波处理得凝胶，干燥，得LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber钙钛矿型前体；
S3：将LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber钙钛矿型前体在含氧气氛下于700～800℃下煅烧4～6h即得所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber。
研究表明以SiO2为载体的高负载镍基催化剂存在在高温下易于团聚、催化性能受限的缺点。并且在工业上常规载体因为导热不均匀或者不稳定会产生冷点问题，从而导致载体上的活性组分因温度的差异活性发挥受到影响或者因为热量传导的问题导致大面积的失活。因而，本发明从载体和催化剂活性组分两方面对高负载镍基催化剂进行优化。
一方面，本发明以抗冷点，能维持反应压力稳定的SiC-Fiber为载体主体，通过高温煅烧使得碳化硅SiC的表面氧化生成一层SiO2膜，碳化硅具有导热均匀热传导高效等特点，同时生成的SiO2膜能够增加活性组分与载体间的相互作用进而从冷点问题和活性问题两方面解决并促进了催化反应过程所遇到的问题以及催化活性问题。
另一方面，本发明以LaNiO3作为活性成分，具有钙钛矿型的晶胞结构，所有的镍镧元素都以一定规则有序的排列。同时通过氢气的还原使得钙钛矿型LaNiO3中的镍元素有序析出使得镍颗粒较小，分散性高，分散均匀，避免了高负载镍基催化剂在高温下易于团聚、催化性能受限的问题。
本发明制备得到的催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber表面元素以钙钛矿型晶胞的顺序有序排列，再经氢气还原后可得到Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber，Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber中镍元素按对应的排列顺序析出，分散性高，分布均匀，性能稳定，转化率高，可以很好地催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇反应中的应用。本发明的制备方法工艺简单，成本低廉，易于工业化推广生产。
镍源、镧源和SiC-SiO2-Fiber的用量可根据LaNiO3的负载量进行调节选取。
LaNiO3的负载量对催化剂的性能具有一定的影响，如负载量太低，LaNiO3分布的稀疏无法达到La和Ni相互协同的作用；负载量太高，LaNiO3晶胞分布的太紧密还原后由于镍元素太紧密容易发生团聚。通过对负载量条件进行优化，可进一步提高LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber的催化活性。
应当理解的是负载量指的是催化活性成分LaNiO3在整个催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber中的质量分数。
优选地，所述LaNiO3的负载量为5％。
优选地，S1中所述煅烧的温度为1000℃，时间为3h。
优选地，S1中所述含氧氛围为空气氛围。
优选地，S1中以3～5℃/min的升温速率进行升温。
更为优选地，S1中以5℃/min的升温速率进行升温。
本领域常规的镍源和镧源均可用于本发明中。
优选地，S2中所述镍源为Ni(NO3)2乙酸镍中的一种或几种。
优选地，S2中所述镧源为La(NO3)3、乙酸镧中的一种或几种。
优选地，S2中所述螯合剂为柠檬酸、氢氧化钠中的一种或几种。
优选地，S2镍源中的镍元素和镧源中的镧元素的摩尔比为1:1。
优选地，S2中镍源中的镍元素和镧源中的镧元素的总和和柠檬酸的摩尔比为1:1～1.5。
优选地，S3中所述煅烧的温度为750℃，时间为3h。
优选地，S3中所述含氧氛围为空气氛围。
优选地，S3中以3～5℃/min的升温速率进行升温。
更为优选地，S3中以5℃/min的升温速率进行升温。
本发明还请求保护一种沼气全组分转化生物甲醇催化剂Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber，通过如下过程制备得到：将上述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber在氢气氛围750～850℃下进行还原处理即得所述Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber。
LaNiO3本身是不具备催化活性的，形成LaNiO3结构可使得镍镧元素更加有序的分布形成统一有序的整体，LaNiO3经氢气还原出金属镍后(还原得到Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber)具有催化活性，经晶胞结构还原出的镍分布的更加有规范性，更加有序，彼此间的间距几乎是定值，这样才更能发挥出镍元素的催化活性，提高催化活性的同时不会被其他的一些因素如团聚、积碳等方面所影响。
优选地，所述还原的温度为800℃，还原的时间为2h。
上述Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber在制备生物甲醇中的应用也在本发明的保护范围内。
优选地，所述Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber在催化沼气全组分转化合成气中的应用。
Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber可催化沼气转变为合成气(CO和H2)，合成气可作为合成合成生物燃料甲醇的原料。
一般情况下，Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber在催化沼气时的温度为750～950℃(常压)，其中，以950℃最佳。
Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber在催化沼气流速为80mL/min时的用量为0.2g。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明以SiC-Fiber为原料，通过煅烧在SiC表面生成一层SiO2膜，得到载体SiC-SiO2-Fiber；本发明以LaNiO3作为活性成分，具有钙钛矿型的晶胞结构，所有的镍镧元素都以一定规则有序的排列。同时通过氢气的还原使得钙钛矿型LaNiO3中的镍元素有序析出使得镍颗粒较小，分散性高，分散均匀，避免了高负载镍基催化剂在高温下易于团聚、催化性能受限的问题；经还原处理后可得到Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber。Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber中镍元素按对应的排列顺序析出，分散性高，分布均匀，性能稳定，转化率高，可以很好地催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇反应中的应用。
附图说明
图1为钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber的XRD图；
图2为实施例1、3和5反应产物中甲烷和二氧化碳的转化率图；
图3为贵金属催化沼气的反应产物中甲烷和二氧化碳的转化率图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1～5
本实施例提供一系列的钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，通过如下方法制备得到。
1)SiC-SiO2-Fiber的制备
将SiC-Fiber在空气氛围下1000℃煅烧3h得到SiC-SiO2-Fiber。
2)LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber钙钛矿型催化剂前体的制备
将Ni(NO3)2和La2(NO3)3以相应的负载量质量溶解在30mL去离子水中持续搅拌，同时加入相应量的处理后的SiC-SiO2-Fiber。将溶液放置在细胞破壁粉碎仪处理30min后，加入与硝酸盐摩尔量相同的柠檬酸，在微波条件下处理30min形成了绿色溶胶凝胶。凝胶在110℃的环境下干燥一晚，即得LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber钙钛矿型前体。对LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber钙钛矿型前体进行用水洗涤3～4次，使滤液至中性，乙醇洗三次，在35℃烘箱烘干8h，得到LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber钙钛矿型前体固体。
具体添加量见表1(LaNiO3的负载量＝LaNiO3/(LaNiO3质量+SiC-SiO2-Fiber质量))。
表1实施例1～5中钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber及其用量控制
3)钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber的制备
将得到的LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber钙钛矿型前体的制备，采用煅烧的方法，在马弗炉中空气氛围下煅烧。煅烧的升温速率为5℃每分钟，升温至800℃，煅烧3个小时。之后降温至室温，将得到固体加入至水中，磁力搅拌器600r/min转速搅拌8h，过滤，乙醇洗3次。放入35℃烘箱烘干3h，即得到钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber。
实施例6
本实施例提供一种钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，其制备方法与实施例3基本一致，差异在于，本实施例步骤1)在煅烧制备SiC-SiO2-Fiber时，煅烧的温度为900℃，煅烧的时间为4h；步骤3)在制备LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber时，煅烧的升温速率为3℃每分钟，煅烧的温度为700℃，时间为4h。
实施例7
本实施例提供一种钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，其制备方法与实施例3基本一致，差异在于，本实施例步骤1)在煅烧制备SiC-SiO2-Fiber时，煅烧的温度为1050℃，煅烧的时间为4h；步骤3)在制备LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber时，煅烧的升温速率为3℃每分钟，煅烧的温度为800℃，时间为6h。
性能测试
(一)表征
采用以下手段，对上述实施例所制备得到的催化剂进行表征。
1)X射线衍射图谱(XRD)：如图1所示。
图1为实施例1～5所得钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber的XRD，图中给出了钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber中LaNiO3的负载量之比的情况，它们的衍射峰与SiC的衍射峰一致。列出钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber中不同LaNiO3的负载量的XRD图，可以得到与LaNiO3主要衍射峰符合。
催化活性
将实施例1、3和5所得的钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber各0.2g分别反应器中。先使用氮气通气5～6次，排尽反应釜中空气，随后通入5％氢气原位还原后(还原的温度为750～850℃，时间为1～3h，具体的为800℃，2h；还原后得到Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber)，随即升温至800℃下反应，反应稳定后进行采气。所得产气采用气相色谱进行检测，测试结果见图2。
一般来说，对于沼气全组分转化制备合成气的反应，主要是甲烷和二氧化碳的转化。反应后甲烷和二氧化碳含量越低，说明催化活性越高。
从图2可以看出，该钙钛矿型催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber催化沼气全组分转化制备合成气。通过实施例1、3和5的催化效果可以看出，不同的负载比例在不同的温度下对于催化的效果不尽相同，在负载量3wt％时转化率逐渐增加，随着温度增加转化率逐渐增加。当负载量为5wt％时在950℃反应产物中转化率达到最大值，800和850时为5wt％的比例转化率最大。随着LaNiO3负载量不同，形成的晶体活性位点不同，比表面也发生变化，当LaNiO3达到一定时，形成的晶体活性位点达到最优，从而产生最好的催化效果。
另外，以实施例3提供的LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber为例，与Pd，Pt贵金属催化剂相比。例如文献F.Aldoghachi,U.Rashid,T.Y.Yun,Rsc Advances 6(2016)10372-10384.公开了在相同的900℃下，四种贵金属催化剂(如表2)催化沼气全组分转化制备合成气的测试结果，如图3((其中的1、2、3和4分别代表了(1)Pt,Pd,Ni/MgO，(2)Pt,Pd,Ni/Mg0.97Ce0.03 3+O，(3)Pt,Pd,Ni/Mg0.93Ce0.07 3+O和(4)Pt,Pd,Ni/Mg0.85Ce0.15 3+O))。
表2四种贵金属贵金属催化剂尺寸及组成
从图2和图3可知，本申请提供的LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber经还原后得到的Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber在900℃时甲烷的转化率与含贵金属催化剂的转化率相似这也可以证明该催化剂在未来是一种极具潜力的发展方向。
由上述可知，本发明提供的催化剂转化率高，可以很好地催化沼气全组分转化合成气用于合成生物甲醇反应中的应用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，其特征在于，LaNiO3负载于载体SiC-SiO2-Fiber上，LaNiO3的负载量为3～7％；所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber通过如下步骤制备得到：
S1：将SiC-Fiber在含氧氛围下于900～1050℃下煅烧2～4h得到SiC-SiO2-Fiber；
S2：将镧源和镍源溶解后加入SiC-SiO2-Fiber，粉碎处理，加入螯合剂，进行微波处理得凝胶，干燥，得LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber钙钛矿型前体；
S3：将LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber钙钛矿型前体在含氧气氛下于700～800℃下煅烧4～6h即得所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber。
2.根据权利要求1所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，其特征在于，所述LaNiO3的负载量为5％。
3.根据权利要求1所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，其特征在于，S1中所述煅烧的温度为1000℃，时间为3h；S1中所述含氧氛围为空气氛围。
4.根据权利要求1所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，其特征在于，S2中所述镍源为Ni(NO3)2或乙酸镍中的一种或几种；S2中所述镧源为La(NO3)3或乙酸镍中的一种或几种；S2中所述螯合剂为柠檬酸、氢氧化钠或异丙醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，其特征在于，S2镍源中的镍元素和镧源中的镧元素的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求1所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，其特征在于，S2中镍源中的镍元素和镧源中的镧元素的总和和柠檬酸的摩尔比为1:1～1.5。
7.根据权利要求1所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber，其特征在于，S3中所述煅烧的温度为750℃，时间为3h；S3中所述含氧氛围为空气氛围。
8.一种沼气全组分转化生物甲醇催化剂Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber，其特征在于，通过如下过程制备得到：将权利要求1～7任一所述LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber在氢气氛围750～850℃下进行还原处理即得所述Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber。
9.根据权利要求8所述Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber，其特征在于，所述还原的温度为800℃，还原的时间为2h。
10.权利要求8～9任一所述Ni-La2O3/SiC-SiO2-Fiber在制备生物甲醇中的应用。
CN201910808601.8A 2019-08-29 2019-08-29 沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber及制备方法 Pending CN110508302A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910808601.8A CN110508302A (zh) 2019-08-29 2019-08-29 沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910808601.8A CN110508302A (zh) 2019-08-29 2019-08-29 沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110508302A true CN110508302A (zh) 2019-11-29

Family

ID=68628164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910808601.8A Pending CN110508302A (zh) 2019-08-29 2019-08-29 沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110508302A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3805397A1 (de) * 1988-02-20 1989-08-24 Ruhrkohle Ag Verfahren zur herstellung von fuel-methanol (treibstoff) aus koksofengas und huettengas
CN101773835A (zh) * 2010-02-02 2010-07-14 四川大学 一种二氧化碳重整甲烷制合成气的催化剂及制备方法
CN102614903A (zh) * 2011-01-28 2012-08-01 中国科学院大连化学物理研究所 一种整体催化剂及其在天然气重整制合成气中的应用
CN104710279A (zh) * 2013-12-16 2015-06-17 裴振昭 一种甲烷光催化氧化制备甲醇的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3805397A1 (de) * 1988-02-20 1989-08-24 Ruhrkohle Ag Verfahren zur herstellung von fuel-methanol (treibstoff) aus koksofengas und huettengas
CN101773835A (zh) * 2010-02-02 2010-07-14 四川大学 一种二氧化碳重整甲烷制合成气的催化剂及制备方法
CN102614903A (zh) * 2011-01-28 2012-08-01 中国科学院大连化学物理研究所 一种整体催化剂及其在天然气重整制合成气中的应用
CN104710279A (zh) * 2013-12-16 2015-06-17 裴振昭 一种甲烷光催化氧化制备甲醇的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HOFFMANN C等: ""Nanoporous silicon carbide as nickel support for the carbon dioxide reforming of methane"", 《CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY》 *
NING WANG等: ""A comparison study on methane dry reforming with carbon dioxide over LaNO3 perovskite catalysts supported on mesoporous SBA-15,MCM-41 and silica carrier"", 《CATALYSIS TODAY》 *
张海波等: "《中国化学会全国微波化学学术研讨会论文摘要集》", 31 October 2005 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106180747B (zh) 一种钯铜二元合金纳米材料、其制备方法及其作为催化剂电催化还原co2的应用
CN104941674A (zh) 一种活性炭上负载磷化钴的催化剂及其制备方法和应用
CN101767021B (zh) 一种p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂的制备方法
CN109225198B (zh) 一种能够高效降解染料及抗生素废水的铋掺杂氧化锡光催化剂的制备方法
CN107983371B (zh) 一种光催化材料Cu2-xS/Mn0.5Cd0.5S/MoS2及其制备方法与应用
CN108355662B (zh) 镍负载埃洛石基甲烷干重整催化剂的制备方法
CN106865506A (zh) 一种组成可控的镍钴化合物纳米线及其制备方法与应用
CN110639585B (zh) 一种共聚合改性的层状石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用
CN114588912B (zh) 一种适用于甲烷干重整的碱金属掺杂钙钛矿型催化剂制备方法及应用
CN115007194B (zh) 一种非晶硼掺杂氮化碳的制备方法及应用
CN106902804A (zh) 一种层状钙钛矿型锶钽基三元氧化物光催化剂的制备方法
CN111097447A (zh) 一种甲烷低温催化裂解制氢催化剂及其制备方法、甲烷低温催化裂解制氢的方法
CN106824228B (zh) 一种花状硫化钴光催化剂及其制备方法
CN110508303A (zh) 沼气全组分转化生物甲醇催化剂Ni-CeO2/SiC-SiO2及其制备方法与应用
WO2021037191A1 (zh) 沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Foam及其制备方法
CN110064426A (zh) 一种LixMoS2/CdS/g-C3N4复合光催化剂的制备及其分解水产氢应用
CN110508302A (zh) 沼气全组分转化生物甲醇催化剂LaNiO3/SiC-SiO2-Fiber及制备方法
CN110508304A (zh) 沼气全组分转化生物甲醇催化剂NiCo2O4/SiC-SiO2-Foam及制备方法
CN108097237B (zh) 改性锰砂、其作为载体的变换甲烷化催化剂及制备方法
CN108163898B (zh) 一种自调节铁氧体材料及其制备方法和应用
CN113101946B (zh) 一种NiMoO4基Z-型异质结光催化剂及制备与应用
CN114713235A (zh) 一种超广Ni(111)晶面的LaCeNiO钙钛矿催化剂及其制备方法和应用
CN110508300A (zh) 沼气全组分转化生物甲醇催化剂NdNiO3/SiC-SiO2-Foam及其制备方法
CN108837837B (zh) 一种光解水制氢的复合催化剂材料
CN110508301B (zh) 沼气全组分转化生物甲醇催化剂SrNiO3/SiC-SiO2-Foam及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191129

RJ01 Rejection of invention patent application after publication