[发明专利]一种微波辅助共沉淀制备CaO改性Ni-Al2

说明书

本发明公开了一种微波辅助共沉淀制备CaO改性Ni‑Al₂O₃催化剂的方法及应用。该方法将CaCl₂、Ni(NO₃)₂·6H₂O、NaOH、Al₂O₃和PVP混合加入去离子水并搅拌均匀后转移至100 mL反应釜，将釜置于微波反应器中，设定微波功率为400‑600 W，温度为80‑120°C，在釜自生压力下恒温反应10‑30 min；待釜冷却后，进行离心、干燥、煅烧以及H₂还原等处理，得到Ni/CaO‑Al₂O₃催化剂；本发明解决了普通共沉淀法制备催化剂时反应时间较长的问题，并同时改善了活性组分Ni和吸附助剂CaO分散不均的问题，能有效提高催化剂的CO₂选择性吸附及其在催化加氢反应中的活性。

技术领域

本发明属于CO₂催化加氢技术领域，具体涉及一种微波辅助共沉淀制备CaO改性Ni-Al₂O₃催化剂的方法及应用。

背景技术

近年来，各种技术被用于研究减少化石燃料燃烧产生的CO₂排放。考虑到氢气是一种可以通过太阳能等可再生能源生产的能源，将CO₂捕获后进行催化加氢成为一个研究热点，开发具有较高活性、稳定性并且价格低廉的催化剂是实现其工业化的关键。在众多非贵金属催化剂中，Ni-Al₂O₃催化剂常用于CO₂加氢制甲烷反应，Ni作为活性中心具有活性较高、抗积碳和价格低廉等优点，Al₂O₃作为催化剂载体具有机械强度高和热稳定性好等优点，然而其催化性性能仍然无法满足工业化应用。

在CO₂加氢制甲烷反应中，催化剂能否对CO₂进行有效识别与固定，是一个非常关键的问题。Ni等金属对CO₂均表现出一定的吸附性能，然而，其对CO₂的吸附能力有限，通过强化CO₂吸附以促进CO₂加氢的效果受到了很大程度地限制。若能找到一种合适的吸附剂对CO₂进行选择性识别和吸附固定，构建同时具有吸附、活化和催化加氢转化的催化剂，发展基于CO₂吸附和催化转化的新型串联反应，则为CO₂催化加氢制甲烷带来一个新思路。研究发现，碱土金属吸附剂CaO具有高的CO₂吸附容量，其碳酸化反应产物CaCO₃的分解温度受其颗粒尺寸影响，若能将CaO负载到Ni-Al₂O₃催化剂中，并实现活性组分Ni和吸附助剂CaO颗粒尺寸的选择性调控，则能制备出具有高CO₂吸附量和甲烷化性能的催化剂，寻找一种活性组分Ni和吸附助剂CaO颗粒尺寸能够可控制备的方法是关键的问题。

共沉淀法是采用沉淀剂与两种或两种以上的金属盐溶液作用，经同时沉淀后制得固体产物的一种方法，常用于制备多组分催化剂，也可用于一种或多种活性组分的负载。分散性和均匀性较好，是它较之于浸渍法等其他方法的最大优势，沉淀剂的加入可能会使溶液局部浓度过高，产生团聚，影响分散性和均匀性。前期研究发现，微波产生的高频变换能量场可将分子由无需运动变为有序的高频运动，在活性组分负载时能够有效改善金属盐在载体表面的均匀分布，从而获得高分散性的催化剂。与此同时，微波技术将分子动能转换成热能以实现加热的目的，其独特的加热方式能够大大缩短共沉淀反应的时间。