一种稀土金属改性镍基催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及催化剂制备，具体涉及一种稀土金属改性镍基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、气化是一种用于有机固废资源化的技术方法，实现固废清洁高效利用的同时，具有高效、低二次污染排放、有害物质彻底降解和高附加值产品等优势。但气化也面临着以下问题：焦油生成量大、焦炭残留多及合成气热值低，这些问题严重阻碍了生物质气化效率的提高，也降低了气化设备的安全性。

2、目前解决上述问题的主要方法是使用催化剂，镍基催化剂的催化活性优异，成本相对较低，主要以ni为活性反应位点，是生物质焦油催化裂解过程中研究和应用最广泛的催化剂，但是该催化剂仍然存在着稳定性能较差、易烧结以及产气量小等问题。例如《木屑水蒸气催化气化制取富氢燃气研究》这一文献，在气化过程中添加了ni-cao复合催化剂，发现镍基有效提升燃气中h2含量，同时co2含量降低，但是不足之处是镍基催化剂非常容易积炭致使活性降低；《基于nio/md催化剂的城市生活垃圾原位水蒸气催化气化制氢研究》这一文献，研究了镍基催化剂对城市生活垃圾原位水蒸气催化气化制氢的效果，结果表明该镍基催化剂对于焦油去除率高，但是氢气浓度仅为52.79vol.％；此外，现有技术中还研究发现镍基催化剂可促进焦油转化为不饱和烃和含氧有机物，促进h2和co生成，但催化剂稳定性不佳且不可再生，基于镍基催化剂表现出的不足，需要对现有的镍基催化剂进行改进。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种稀土金属改性镍基催化剂及其制备方法和应用，所制备的催化剂不易烧结失活，具有优异的机械强度和稳定性，对污泥/秸秆具有高效催化产氢性能。

2、为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

3、一种稀土金属改性镍基催化剂的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、改性白云石载体的制备：将预处理白云石、硅酸钠和柠檬酸钙进行混合，加水调和均匀，随后进行干燥、煅烧，得到改性白云石；

5、s2、稀土金属改性镍基催化剂的制备：将可溶性镍盐、可溶性镧盐加入到去离子水中，搅拌溶解，然后加入步骤s1制备得到的改性白云石，搅拌均匀，油浴加热反应，待反应完成后，进行干燥、煅烧、研磨过筛，即得到稀土金属改性镍基催化剂。

6、优选的，步骤s1中，预处理白云石的步骤如下：将白云石粉末在马弗炉中进行煅烧，即得到预处理白云石。

7、优选的，步骤s1中，预处理白云石、硅酸钠、柠檬酸钙和水的质量比为5-10:1-3:1-2:30-50。

8、优选的，步骤s1中，干燥温度为100-120℃，干燥时间为5-8h；煅烧温度为400-500℃，煅烧时间为2-3h。

9、优选的，步骤s2中，可溶性镍盐选自乙酸镍、氯化镍、硝酸镍、硫酸镍中的至少一种；可溶性镧盐选自氯化镧、硝酸镧、硫酸镧中的至少一种。

10、优选的，步骤s2中，可溶性镍盐、可溶性镧盐、去离子水和改性白云石的质量比为4-8:1-4:100:20-40。

11、优选的，步骤s2中，油浴加热反应的温度为80-100℃，油浴加热反应的时间为3-4h。

12、优选的，步骤s2中，煅烧温度为1000-1100℃，煅烧时间为3-5h。

13、本发明提供由上述制备方法所制备得到的稀土金属改性镍基催化剂。

14、本发明还提供上述稀土金属改性镍基催化剂在污泥/秸秆催化气化制氢中的应用。

15、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、(1)本发明通过采用硅酸钠和柠檬酸钙对白云石进行改性，可以使得催化剂变得疏松多孔，进而增加比表面积；比表面积越大，其活性位点就越多，反应速率也就越快；此外，大比表面积还可以增加催化剂与反应物之间的接触面积，从而提高反应效率。

17、(2)稀土金属镧的加入可改变镍基催化剂的结构，包括颗粒大小和形态，这有助于提供更多的活性位点，以及更高的表面积，从而提高产氢反应的速率，同时稀土元素通常具有良好的热稳定性，镧的引入可以增强催化剂的热稳定性，这对于高温下的产氢反应尤为重要，并且还能够抑制积碳的积累，并在一定程度上减轻催化剂中毒；此外，在高温反应条件下，催化剂失活的一个原因是催化剂烧结，比表面积减小，孔径下降，导致活性下降，稀土金属镧的引入能够有效地抑制这种烧结现象，并提高催化剂在温度循环过程中的稳定性，从而保持催化剂的活性和稳定性。

技术特征：

1.一种稀土金属改性镍基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的稀土金属改性镍基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，预处理白云石的步骤如下：将白云石粉末在马弗炉中进行煅烧，即得到预处理白云石。

3.根据权利要求1所述的稀土金属改性镍基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，预处理白云石、硅酸钠、柠檬酸钙和水的质量比为5-10:1-3:1-2:30-50。

4.根据权利要求1所述的稀土金属改性镍基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，干燥温度为100-120℃，干燥时间为5-8h；煅烧温度为400-500℃，煅烧时间为2-3h。

5.根据权利要求1所述的稀土金属改性镍基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，可溶性镍盐选自乙酸镍、氯化镍、硝酸镍、硫酸镍中的至少一种；可溶性镧盐选自氯化镧、硝酸镧、硫酸镧中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的稀土金属改性镍基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，可溶性镍盐、可溶性镧盐、去离子水和改性白云石的质量比为4-8:1-4:100:20-40。

7.根据权利要求1所述的稀土金属改性镍基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，油浴加热反应的温度为80-100℃，油浴加热反应的时间为3-4h。

8.根据权利要求1所述的稀土金属改性镍基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，煅烧温度为1000-1100℃，煅烧时间为3-5h。

9.如权利要求1-8任一项所述制备方法所制备得到的稀土金属改性镍基催化剂。

10.如权利要求9所述的稀土金属改性镍基催化剂在污泥/秸秆催化气化制氢中的应用。

技术总结
本发明公开了一种稀土金属改性镍基催化剂及其制备方法和应用，本发明通过采用硅酸钠和柠檬酸钙对白云石进行改性，可以使得催化剂变得疏松多孔，进而增加比表面积；比表面积越大，其活性位点就越多，反应速率也就越快；此外，大比表面积还可以增加催化剂与反应物之间的接触面积，从而提高反应效率；稀土金属镧的加入可改变镍基催化剂的结构，包括颗粒大小和形态，这有助于提供更多的活性位点，以及更高的表面积，从而提高产氢反应的速率，同时稀土元素通常具有良好的热稳定性，镧的引入可以增强催化剂的热稳定性，这对于高温下的产氢反应尤为重要，并且还能够抑制积碳的积累，并在一定程度上减轻催化剂中毒。

技术研发人员：胡智泉,王璐,胡启星,程龙,张紫姮
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24