新型复合纳米镍基催化剂制备及其高效催化加氢性能研究

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芳烃是重要的石油化工原料,广泛应用于化纤、塑料、橡胶、精细化工等化工产品的生产过程中。选择性催化加氢是将最不饱和的碳氢化合物转化为高附加值的中间体,避免完全加氢转化为饱和的碳氢化合物。尽管贵金属作为催化剂已经被证明具有优越的加氢性能,但由于贵金属比较稀缺、而且价格很贵,广泛大规模的使用贵金属催化剂受到了限制。为了消除这一限制,研究者们开发了非贵金属催化剂。但其活性低、反应条件苛刻、合成工艺复杂,难以实现大规模生产。因此,开发一种制备方法简单、活性高的非贵金属催化剂已是当务之急。在各种非贵金属催化剂中,镍基催化剂因其催化活性高、价格低廉而被认为是一种有前途的催化剂,广泛应用于醇类转化、氧化、共甲烷化等工业过程中。近年来,镍基催化剂也被用于加氢反应,但传统负载的镍基催化剂的性能还远远不能令人满意。为了提高镍基催化剂的性能,有的研究员在催化剂中加入其他活性金属元素,在金属与载体的界面上形成了新的活性位点,但这一过程将增加成本,并且需要复杂而繁琐的制备。因此,从绿色可持续的观点来看,高选择性高活性的更便宜有效的催化剂期待被开发出来。本论文以近年来课题组在新型复合纳米结构贵金属催化剂研究的基础上,第一次提出一种新型复合纳米结构的非贵金属催化剂,根据自发分散原理将纳米半导体膜层涂覆在比表面积比较大的载体上,形成复合载体(@-CeO2/Support),再将Ni纳米颗粒经过还原方法负载到复合载体@-CeO2/Support上,得到Ni/@-CeO2/Support催化剂,另外制备了负载型金属纳米结构Ni/CeO2催化剂,我们以苯乙烯加氢为模型反应,系统地研究催化剂的催化性能,得到以下结论:(1)用液相还原法制备了Ni/@-CeO2/MCM-22、Ni/@-CeO2/SBA-15和Ni/CeO2催化剂,用XRD、TEM、H2-TPR等手段测试催化剂的基本结构和形态。(2)苯乙烯选择加氢实验表明,Ni/@-CeO2/MCM-22催化剂在70℃、1MPa氢压,反应1h;Ni/@-CeO2/SBA-15催化剂,在70℃、0.7MPa氢压,反应1h;Ni/CeO2催化剂在70℃、0.5MPa氢压,反应40分钟,都能达到100%的苯乙烯转化率和100%的乙苯选择性。(3)与传统负载金属催化剂比较,Ni/@-CeO2/Support催化剂具有优良的催化性能,其优异的催化性能归功于Ni纳米粒子与纳米半导体CeO2的协同催化作用,载体为该复合纳米结构提供大比表面积,起到了物质的传递作用。
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