高稳定性网状Ni /ZrO2催化剂CO甲烷化性能研究

王倩倩，宁亚妮，胡 通，邱 丽，于 峰，闫晓亮，李瑞丰

(太原理工大学 化学化工学院，太原 030024)

随着经济的发展和技术的进步，天然气高效、清洁的优势使其在我国能源消费中逐渐占据重要地位，而“富煤少气”的能源结构进一步加剧了我国天然气的供需矛盾[1]。煤制天然气技术的发展能够有效调整我国能源结构，缓解天然气短缺的现状；此外，煤制合成气甲烷化避免了直接燃煤造成的大气污染等问题，在实现煤炭清洁利用及环境保护方面具有重要意义[2-4]。

高效一氧化碳(CO)甲烷化催化剂的设计和开发是煤制合成气工业应用的关键[5-6]。镍(Ni)基催化剂因其具有较高的催化活性，且来源广泛、价格低廉，已被广泛用于CO甲烷化研究[7-11]。然而，CO甲烷化反应(CO+3H2→CH4+H2O，ΔH(298 K)=-206.1 kJ/mol)是强放热反应，反应过程中放出的热量容易导致Ni基催化剂团聚、长大最终烧结失活[12]；另一方面，在反应条件下，伴随着CO歧化及CH4裂解等副反应的发生，极易引起分解的碳物种覆盖在活性金属Ni表面，导致催化剂因积碳而活性降低甚至失活[13-14]。

催化剂载体的限域效应能够有效抑制活性金属纳米颗粒烧结长大，并提高催化剂的抗积碳性能。具有多孔结构的氧化硅、碳材料及沸石都能作为金属催化剂良好的限域性载体[15]。除此之外，近年来，金属有机骨架(MOF)作为一类具有多孔结构的新型无机-有机杂化超分子材料，由于其结构可调、比表面较大、孔道结构丰富、工业化前景较好等特点受到了广泛关注[16-17]。MOFs材料作为催化剂载体，能够将金属纳米颗粒限制在其孔道中，抑制活性金属的烧结长大，进而提高催化剂稳定性，但大多数MOFs热稳定性差，在高温下其独特的空间结构会坍塌，失去原来的特征，从而限制了它们的应用[18]。……