[发明专利]一种铈改性氧化镧催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于稀土元素助剂改性氧化镧催化剂，公开了一种铈改性氧化镧催化剂及其制备方法和应用，该催化剂为氧化铈纳米颗粒均匀分散在氧化镧载体表面，Ce/La化学计量比例为0.10～0.20；制备方法为取六水合硝酸铈完全溶解于去离子水中，所得溶液将六方型碳酸氧镧载体湿法浸渍；所得样品旋转蒸发后进行减压蒸馏至溶剂完全蒸干，之后烘干至干燥，经研磨后焙烧；该催化剂可应用于制备铈改性镍负载氧化镧催化剂。本发明论证了铈助剂对于氧化镧表面的促进作用，通过调控CO₂在氧化镧表面的吸附及活化过程，可用于甲烷干气重整制备合成气过程中参与消除积碳，提升了消除积碳反应这一速控步骤的反应速率，进而提高催化剂的活性及稳定性。

技术领域

本发明属于稀土元素助剂改性氧化镧催化剂技术领域，具体的说，是涉及一种铈助剂改性氧化镧催化剂的制备方法和应用，可以有效调控CO₂在氧化镧表面吸附及活化过程。

背景技术

氧化镧是一种具有较强碱性的常见稀土元素氧化物，通常作为载体或助剂用于促进CO₂的吸附及活化。通常，CO₂会吸附在La₂O₃的表面，并与La₂O₃反应形成La₂O₂CO₃，形成的La₂O₂CO₃物种能够和积碳反应进而提升催化剂的稳定性。另外，La₂O₂CO₃具有甲烷氧化偶联(OCM)的活性，甲烷能够在La₂O₂CO₃表面进行吸附和解离。La₂O₂CO₃具有三种晶型，分别包括四方型(I型)、单斜型(Ia型)及六方型(II型)。伴随着处理温度的上升，La₂O₂CO₃晶相结构将发生转变。由I-La₂O₂CO₃向Ia-La₂O₂CO₃的转变相对较容易发生，因此将Ia-La₂O₂CO₃视为I-La₂O₂CO₃的单斜变体。当温度在600℃以下时，由Ia-La₂O₂CO₃向II-La₂O₂CO₃的转变过程较为缓慢；同时，II-La₂O₂CO₃将在750℃左右发生分解，形成La₂O₃。碳酸根的结构取向与La₂O₂CO₃晶相结构紧密相关，二者均会对催化性能产生影响。研究表明，将ZnO与La₂O₂CO₃混合可以增强La₂O₂CO₃材料的碱性。此外，通过对La₂O₃进行元素掺杂，可以调节CH₄在La₂O₃上的活化和解离，进而影响OCM反应活性。