[发明专利]SiO2

说明书

本发明提供了一种SiO₂负载Ni的双层核壳催化剂及其制备方法和应用。核壳催化剂包括核层以及包覆于核层外的壳层，核层为负载有Ni的SiO₂，壳层为CeO₂、Al₂O₃、SiO₂、TiO₂等。本发明的双层核壳催化剂，壳层对Ni颗粒具有二次保护作用，且壳层能够提供丰富的氧空位，促进C的氧化从而减少积碳生成，具有抗烧结、抗积碳双重保护功能以及协同催化效应；本发明的双层核壳催化剂，当壳层为CeO₂时，CeO₂层对催化剂的活性起到了助剂的作用，在甲烷干重整反应中，在中低温条件(比如600℃)时对CO₂的转化提升较为明显；本发明的SiO₂负载Ni的双层核壳催化剂，相比常规催化剂具有良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种SiO₂负载Ni的双层核壳催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

在所有可用燃料中，甲烷(CH₄)是使用最普遍的燃料之一。甲烷也是固体氧化物燃料电池(SOFC)绿色高效发电技术常用的碳氢基燃料。由于部分甲烷在进入SOFC阳极时不能被完全氧化，容易发生分解形成积碳(CH₄→C+2H₂)，积碳的生成对燃料电池的稳定运行具有破坏性地影响。在SOFC持续运行中，形成的积碳将会逐步积累以至于破坏阳极的微观结构，造成空隙的堵塞，最终导致阳极失效，电池性能下降。为了解决甲烷积碳的问题，目前的方法之一是将甲烷与一定量的水蒸气混合，在高温下发生重整反应(methane steamreforming,CH₄+H₂O→CO+3H₂)，由此可以有效的抑制积碳的生成。然而，水蒸气非固体氧化物燃料电池的有效燃料，水蒸气的引入降低了甲烷的利用率，而且水蒸气在高温下对燃料电池的组成部件也有较强的侵蚀作用或物质迁移作用，对燃料电池的材料有较高要求。另外一种能够促进甲烷转化的方法是将其与二氧化碳(CO₂)混合，与甲烷水蒸气重整区别开来，该方法通称为甲烷干重整(methane dry reforming,CH₄+CO₂→2CO+2H₂)。

甲烷干重整是将甲烷与二氧化碳在催化剂作用下生成合成气(CO+H₂)的一个催化反应过程，其反应为：CO₂+CH₄→2CO+2H₂,ΔH₂₉₈＝247kJ mol^-1，该反应是一个强吸热反应。另外，在甲烷干重整反应的过程中还伴随着其他副反应的发生：逆向水煤气反应：CO₂+H₂→CO+2H₂,ΔH₂₉₈＝41kJ mol^-1，CO歧化反应：2CO→CO₂+C,ΔH₂₉₈＝-172kJ mol^-1，甲烷分解：CH₄→2H₂+C,ΔH₂₉₈＝75kJ mol^-1，由于CH₄和CO₂都很稳定CH₃-H(435kJ mol^-1)，CO-O(526kJ mol^-1)，需要在高温下才能将其分解(800℃)，达到较高转化率。然而，现实反应中，积碳的生成使反应变得较为复杂。在仅有甲烷、没有二氧化碳存在的情况下，高温可促进甲烷的分解，生成更多积碳。相反的是，对于单纯CO，CO的歧化反应在相对较低的温度下更易发生。在甲烷和二氧化碳的干重整反应中，较易生成积碳的温度范围为500-750℃。