基于MCM-41的鎳基甲烷化催化劑活性與穩定性

王云平（伊犁新天煤化工有限責任公司，新疆 伊寧 835000）

基于MCM-41的鎳基甲烷化催化劑活性與穩定性

王云平（伊犁新天煤化工有限責任公司，新疆 伊寧 835000）

選用浸漬法將二氧化硅、三氧化二鋁、MCM-41作為載體，配置各異的鎳負載量甲烷的催化劑，。根據研究的結果表明，將Ni/SiO3與Ni/Al2O3作比較，一樣的鎳負載量Ni/ MCM-41催化劑有著較好催化的活性。并且研究鎳含量對于Ni/MCM-41催化劑的催化活性相關的影響，觀察伴隨鎳含量增加，一氧化碳的轉化率與甲烷收率逐漸的提高，同時鎳的含量逐漸的超過百分之十,日后逐漸的發展穩定。在反應溫度350度與質量空速12000ml·h-1·g-1條件下反應、反應壓力1.5MPa、百分之十Ni/MCM-41催化劑甲烷選擇性高達94.9%，一氧化碳的轉化率貼近百分之百。處于100h催化的穩定性試驗之中，百分之十Ni/MCM-41的催化活性沒有顯著的下降，表現出較好催化活性的穩定性，選用氫氣程序升溫還原、熱重分析、氮氣物理吸附、X射線進行衍射等相關的技術手段來對催化劑實施表征，其結果顯示鎳的顆粒的大小為影響Ni/MCM-41的催化劑的催化活性關鍵性的原因。

Ni/MCM-41催化劑;天然氣;催化劑;相對穩定性

1 試驗部分

1.1 原料

二氧化硅、氧化鋁、硝酸鎳、正硅酸乙酯，其中氧化鋁的型號為44:；氬氣、氮氣、氫氣、CO2，試驗所用水都是去離子水。

1.2 制備催化劑

將正硅酸乙酯最為硅源，用溴化十六烷基三甲基銨作為模板劑以合成MCM-41，MCM-41根據Liu等步驟展開合成。第一步先把0.447克的氫氧化鈉與2.428克的CATB溶解在40度去離子水中,而后在劇烈的攪拌的情況下把11.565克TEOS慢慢的滴加在溶液之中.持續攪拌兩個小時,而后將溶液放置裝有聚四氟乙烯內襯反應釜中。于120°C條件下保持約二十四小時，冷卻到室溫之后進行過濾，在去離子水中洗滌直至中性。在100° C下烘干得到MCM-41原粉，MCM-41原粉在馬弗爐中用1°C· min-1升溫速率直至升至550度，煅燒六個小時之后除去模板劑后得到MCM-41載體。

1.3 評價催化劑的活性

催化劑一氧化碳甲烷的活性評價于連續工作加壓的微型固定床的不銹鋼反應釜中進行，催化劑的裝填量是五百毫克,催化劑的床層上下的兩端裝填的粒徑一樣的石英砂。除了特殊的說明之外，流量是50ml·min-1純氫氣的氣氛之中還原兩個小時左右，而后在氮氣的氛圍下降到反應溫度。而后，切換成反應原料氣，氣體的總流量是100ml·min-1,反應的溫度范圍是

250-600度。

2 討論和試驗結果

2.1 物相分析XRD

選用XRD對于進行穩定性試驗的催化劑鎳顆粒的大小實施表征,對于催化劑失活的原因進行進一步的研究,如圖1。

2.2 催化劑活性評價

研究常壓下鎳的含量對于Ni/MCM-41的催化劑催化性能可能受到影響。一旦溫度不足350度之時，伴隨鎳含量增加，催化劑一氧化碳的轉化率與甲烷收率是判斷的依據，能夠得知有著高鎳負載量Ni/MCM-41催化劑可以有助于一氧化碳甲烷化反應。值得關注的是，當溫度高達350度，鎳的負載量自百分之五升高至百分之十，甲烷收率與一氧化碳的轉化率有著顯著的升高，然而當鎳的負載量超過百分之十，甲烷收率與一氧化碳的轉化率升高的幅度較小，基本上趨于穩定，如圖2。

伴隨反應的溫度升高，Ni/MCM-41催化劑催化活性展現出先升高爾后則降低形勢。350度時的催化活性為最高，其中百分之十的Ni/MCM-41催化劑一氧化碳的轉化率與甲烷收率分別為97.9%與86.3%。

3 結語

①選用浸漬法將二氧化硅、三氧化二鋁、MCM-41作為載體，配置各異的鎳負載量甲烷的催化劑，。根據研究的結果表明，將Ni/SiO3與Ni/Al2O3作比較，一樣的鎳負載量Ni/MCM-41催化劑有著較好催化的活性。

②研究鎳含量對于Ni/MCM-41催化劑的催化活性相關的影響，觀察伴隨鎳含量增加，一氧化碳的轉化率與甲烷收率逐漸的提高，同時鎳的含量逐漸的超過百分之十,日后逐漸的發展穩定。在反應溫度350度與質量空速12000ml·h-1·g-1條件下反應、反應壓力1.5MPa、百分之十Ni/MCM-41催化劑甲烷選擇性高達94.9%，一氧化碳的轉化率貼近百分之百。

③處于100h催化的穩定性試驗之中，百分之十Ni/MCM-41的催化活性沒有顯著的下降，表現出較好催化活性的穩定性，選用氫氣程序升溫還原、熱重分析、氮氣物理吸附、X射線進行衍射等相關的技術手段來對催化劑實施表征，其結果顯示鎳的顆粒的大小為影響Ni/MCM-41的催化劑的催化活性關鍵性的原因。

[1]張加贏、辛忠、孟鑫、陶淼.基于MCM-41的鎳基甲烷化催化劑活性與穩定性[A].上海，華東理工大學化學工程聯合國家重點實驗室，2014（1）：161.