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LaNi5贮氢合金是一种能可逆贮存大量氢的功能材料,其多功能作用,特别是在催化领域,更激起了人们对其合金的广泛关注。但制备负载型LaNi5合金催化剂在甲苯加氢反应上的应用却很少见。负载型纳米镍催化剂以其价廉易得和活性高等优点已广泛应用于多种化合物的气相加氢反应中并展现出很好的催化活性,本研究将其应用于甲苯液相加氢反应中。为此开发甲苯加氢反应具有高活性的负载型LaNi5合金和纳米镍催化剂是本课题的研究重点。
本论文以负载型LaNi5合金和纳米镍催化剂为主要研究对象,分别对其制备方法和加氢催化性能进行了系统研究。本文采用燃烧-还原法制备LaNi5合金,利用XRD、TEM和等研究方法考察了LaNi5合金催化剂的制备条件。其制备的最佳条件为:
a.甘氨酸/硝酸根:0.25
b.CaH2过量6倍
c.还原温度:750℃
d.H2:30ml/min
e.NaCl:总质量的30%
首先将合金负载于Al2O3载体,将载体浸渍于硝酸镍、硝酸镧的溶液,蒸干、焙烧得到负载的氧化物。然后通过燃烧-还原的方法制备负载型催化剂。通过甲苯加氢催化性能的比较得到负载的催化剂催化效果明显增强。利用XRD表征发现,在载体表面并没有生成LaNi5合金相,而是与载体发生了反应生成了Ni、Al的化合物。因此,我们采用球磨法将其负载于载体上,通过比较得到负载于介孔分子筛MCM-41后的催化剂催化效果最好。载体MCM-41具有单一的六方孔道结构,比表面积大有利于形成分散均匀、粒径小的纳米LaNi5合金催化剂。通过甲苯加氢反应的转化率和催化剂寿命比较,可知负载后的催化剂转化率明显提高,寿命增加,催化性能提高。
通过浸渍法、燃烧法和沉积-沉淀(DP)法三种方法制备了负载型纳米镍催化剂。利用XRD、TEM等表征方法进行分析得到浸渍法制备的纳米镍催化剂团聚现象较严重,颗粒大,分布不均;燃烧法制备的纳米镍催化剂颗粒呈球形分布,分散均匀,粒径小;沉积-沉淀法得到的纳米镍颗粒呈薄层纤维状分布,粒径很小。三种不同方法制备的催化剂应用于甲苯加氢反应中,其催化活性顺序为燃烧法>浸渍法>沉积-沉淀法。
在加氢反应中,稀土金属通常用来做助剂。加入镧系过渡金属化合物的催化剂比传统的单一镍催化剂表现出更好的催化活性。据报道,氧化镧的加入在一定程度上改变了载体和负载的金属氧化物的物理和化学性质。因此,本文在制备的纳米镍催化剂中加入少量氧化镧。氧化镧的加入使催化剂的比表面积、孔容和孔径均减小,先浸渍Ni的催化剂比共浸渍和先浸渍La的催化剂催化活性好,主要是由于La在催化剂表面起分散剂的作用,增大了Ni的分散度,也能阻止Ni晶粒的长大,从而保持比较高的催化活性。
少量贵金属Pd添加到纳米镍催化剂中。PdO在催化剂表面均匀分散,检测不到PdO的特征峰。Pd的加入使10%Ni的催化剂催化活性提高,受温度变化影响小,即使在低温80℃时也能很快达到100%转化率,有利于提高催化剂的稳定性。