新型催化劑促進甲烷干重整制合成氣
安徽理工大學化學工程學院副教授王一雙,、教授陳明強團隊以凹凸棒石天然黏土材料為硅源,，制備出具有MFI拓撲結構沸石封裝鎳-鈷合金催化劑,，并發(fā)現(xiàn)這種材料可高效催化甲烷干重整制備合成氣,。相關研究成果發(fā)表于《應用催化B：環(huán)境》,，論文第一作者為博士生梁德芳,。
甲烷干重整可以將甲烷和二氧化碳兩種溫室氣體轉化為合成氣,，進而轉化為甲醇,、長鏈碳氫化合物等優(yōu)質燃料和平臺化學品,，對緩解我國液體燃料緊缺,、助力“雙碳”目標具有重大意義。
然而,，甲烷干重整高溫反應體系易導致鎳基催化劑因活性組分燒結,、積炭封裝而快速失活。因此,，開發(fā)具有高活性,、高穩(wěn)定性的催化劑是關鍵挑戰(zhàn)。
此次工作中,，陳明強團隊采用凹凸棒石天然黏土作硅源,，經(jīng)結構重塑成功制備MFI拓撲結構沸石封裝鎳-鈷合金催化劑。
凹凸棒石基MFI沸石封裝Ni-Co合金催化甲烷干重整制備合成氣示意圖
“結果顯示,，沸石封裝層有利于穩(wěn)定性,、富缺陷鎳-鈷合金結構的形成，并且鎳-鈷合金結構促進了富電子Ni金屬位的形成,，進而顯著提高了甲烷碳氫鍵斷裂能力,。另外，沸石層表面堿性位點和金屬位點的協(xié)同作用提高了二氧化碳分子的吸附/活化以及其與積炭前體作用轉化為一氧化碳的過程,，從而在延長催化劑使用壽命的同時仍能高效催化甲烷干重整反應,。”王一雙說,。
另外,，團隊人員采用原位漫反射等前沿技術通過對反應物分子及中間產(chǎn)物的吸附活化過程進行剖析，進一步揭示了甲烷干重整過程中的積炭移除機制,。
王一雙說,，“黏土材料如凹凸棒石具有綠色經(jīng)濟,、結構穩(wěn)定性高的優(yōu)勢，是天然的硅鋁源,，同時也是甲烷干重整催化劑的優(yōu)異載體,，但目前黏土基材料在該領域的研究仍然很少。因此,，此次研究制備出的Ni-黏土基復合材料,，為提高甲烷干重整催化劑催化性能提供一種優(yōu)化策略，并且拓展黏土基材料在催化甲烷干重整及低濃煤層氣制備合成氣領域中的應用,?！?/p>
審稿人認為，“本文用凹凸棒石代替商業(yè)硅源制備具有特定微-介復合孔道的沸石封裝層,，降低了沸石合成成本，而且獨特的復合孔可以通過孔道限域在有效穩(wěn)定合金位點同時不影響反應物/中間產(chǎn)物與封裝合金位點的密切接觸,。這在甲烷干重整催化劑設計與優(yōu)化策略中是一項創(chuàng)新性突破,。” （王 敏）
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