摘要：甲烷干重整(Dry Reforming of Methane,DRM)技术是CO_(2)资源化利用的技术之一,Ni基催化剂的应用可以降低DRM反应的能量。分析了DRM反应过程中Ni基催化剂的反应机理,以及Ni基催化剂表面积碳、金属活性组分烧结、硫中毒等导致Ni基催化剂失活的原因。综述了当前提高Ni基催化剂催化性能的研究成果,展望了未来开发具有高稳定性、高选择性、高活性和高抗积碳性能的Ni基催化剂的研究方向,为Ni基催化剂在DRM反应中的工业化应用提供了理论指导和研究依据。

摘要：甲烷干重整(DRM)与二氧化碳甲烷化(MCD)过程均具有较强的二氧化碳消纳效应,但其单独运行时需要分别消耗大量天然气与氢气,且二者能耗均较高,从而制约了两个工艺的发展与应用,因此探索研究该问题的解决方案对于低碳发展具有重要意义.本文分析了甲烷干重整与二氧化碳甲烷化两个独立工艺的特点,基于两个反应体系的原料与产物之间可互为利用及二者反应热效应可相互补偿的条件性,初步判断DRM与MCD工艺之间存在质量耦合与热量耦合的可能性.据此,首次创新性地设计了DRM-MCD可能的工艺耦合方案,从流程模拟角度证实了工艺耦合的可行性,并分析了不同情形下的耦合特性.结果表明,随着催化剂技术的发展与进步,DRM与MCD工艺之间可以实现质量、能量的高效双重耦合,耦合工艺具备可显著降低天然气、氢气消耗以及大幅节能降耗的效果,并具有优良的二氧化碳消减与资源化利用效应,且耦合工艺具有灵活的可调节性.研究结果可为DRM与MCD工艺耦合方案的设计与优化,以及未来该耦合工艺潜在的工程应用价值与可行性研究提供可参考的基础.

摘要：采用量子化学计算方法考察Ni基催化剂上甲烷干重整反应中CO2解离路径的能量、结构和电荷分布。计算结果表明,CO2的直接解离和氢助解离路径总体都是吸热反应。其中活化能较低的路径为:CO2中碳原子先被氢进攻生成甲酸基(—COOH),随后甲酸基(—COOH)裂解生成CO(g)和—OH。CO2更容易沿此活化能较低的路径解离。随后分析了CO2分子内Mulliken电荷分布等性质,进一步解释了CO2氢助解离路径的电子转移过程,为设计具有更高活性和抗积炭性能催化剂提供理论基础。

摘要：本研究通过对羟基磷灰石(HAP)的形貌调控,得到表面Ca、O、P分布不同的纳米棒状、片状和线状的HAP载体,负载1.25%的活性组分镍后,得到Ni/HAP-R、Ni/HAP-S和Ni/HAP-W催化剂进行甲烷干重整性能研究。其中,Ni/HAP-R催化剂表现出最优的活性和抗积炭性能。利用XRD、氮吸附-脱附、FT-IR、XPS及CO_(2)-TPD,对催化剂晶相结构、电子性质及表面酸碱性进行表征,证实棒状HAP具有最高的比表面积,有利于Ni的分散锚定,因此,活性最佳。且棒状HAP表面富Ca–O–P碱性位点,能够有效活化CO_(2),促进积炭消除。TPSR实验进一步证实Ni/HAP-R催化剂上甲烷的深度裂解生成积炭的过程受到抑制,且在CO_(2)存在时能够迅速转化为CO和H_(2),因此,具有良好的抗积炭性能。该研究为高稳定负载型催化剂的设计合成提供了新的思路。

摘要：甲烷干重整(DRM)可实现甲烷(CH_(4))和CO_(2)的直接转化利用,降低天然气脱碳的能耗和成本,同时实现CO_(2)的资源化利用,对碳减排和富含CO_(2)的天然气的资源化利用具有重要意义。镍(Ni)基催化剂是DRM反应中被广泛使用的催化剂,但因DRM反应为强吸热反应,需要在高温条件下进行,使得催化剂往往存在活性金属烧结和表面积炭的问题。围绕DRM反应过程中Ni基催化剂失活的问题,阐述了DRM反应机理以及积炭和烧结的形成原因,从双活性金属、制备方法、催化剂助剂和特殊前体等方面探讨了设计抗烧结和抗积炭的Ni基催化剂的方法。分析发现:强金属载体作用力可以有效地抑制活性金属烧结,增强催化剂表面氧数量并减少积炭的发生。最后对DRM面临的挑战和机遇进行了展望。

摘要：甲烷干重整(DRM)利用CO_(2)和CH_(4)两种温室气体生产合成气,在科学研究和工业应用领域都受到广泛的关注。Ni基催化剂是应用最广泛的非贵金属催化剂,但在高温反应过程中会产生积碳导致催化剂失活,影响了其工业化应用。对Ni基催化剂在DRM反应过程中的失活过程,尤其是对积碳机理及抗积碳的方法进行了综述,分析了DRM过程中Ni基催化剂中不同组分间的相互作用,阐述了Ni基催化剂中活性金属、载体和助催化剂等组分间的相互作用对DRM反应中催化剂积碳的影响。通过分析DRM反应在Ni基催化剂上的反应途径、催化活性及反应过程中的积碳情况,发现活性金属、载体和助催化剂等组分间的相互作用不仅改善了Ni基催化剂的DRM反应性能,并可利用各组分的相互作用,设计出具有抗积碳性能的Ni基催化剂。抗积碳催化剂的研究为Ni基催化剂在DRM反应中的工业化应用提供了一定的理论指导和研究依据。

摘要：Ni基催化剂常用于甲烷干重整(DRM)反应,但是在反应过程中易因积碳和烧结而失活,影响催化剂的性能。在DRM反应机理、反应温度与积碳的关系、Ni基催化剂烧结团聚、优化Ni基催化剂的制备方法等方面综述了适用于DRM反应的Ni基催化剂的研究进展,以期为设计具有更佳抗积碳和抗烧结性能的Ni基催化剂提供理论和研究依据。

摘要：甲烷干重整(DRM,CH4+CO_(2)=2CO+2H2)是以性质稳定的CH4和CO_(2)为原料制备合成气,可同时实现两种主要温室气体的转化利用,是甲烷间接转化制备高附加值化学品的重要途径,具有重要的科学、环保意义和工业应用价值,而设计合成高效、高稳定、抗积炭的催化剂是实现甲烷干重整工业化应用的技术关键。贵金属催化剂活性和稳定性好,但价格昂贵限制了其应用,而碳化钼作为一种过渡金属碳化物,具有类贵金属的费米(Fermi)能级,表现出类似贵金属的活性和良好的抗积炭性能。故此综述了碳化钼材料的合成方法及其应用于甲烷干重整反应的主要研究进展,为发展新型高效非贵金属甲烷干重整催化剂提供思路和启发。

摘要：太阳能驱动甲烷干重整转化技术可将CO_(2)和CH_(4)协同转化为燃料,是实现太阳能储存和CO_(2)减排的有效途径。多孔泡沫反应器因具有良好的热导率、较高的机械强度和气体渗透性,而成为太阳能驱动甲烷干重整转化技术规模化应用的研究热点。通过计算流体动力学模拟(CFD)研究了入口条件对反应器反应性能的影响。结果表明,入射总辐射量为130.8 W、入口流速为0.85 L/min时反应器反应性能最好,CH_(4)、CO_(2)转化率和光-燃料效率分别为79.73%、87.53%和37.03%。通过CFD耦合遗传算法(GA)对均匀多孔Ni泡沫反应器(简称“Ni泡沫反应器”)的孔结构与反应性能之间的关系进行了研究。结果表明,增大孔隙率可以在一定程度内提高Ni泡沫反应器的反应性能,而随着孔径的增大,反应性能先提高后降低,其中当孔隙率为0.93、孔径为1.72 mm时获得的Ni泡沫反应器(结构3)具有最优的反应性能,其CH_(4)、CO_(2)转化率和光-燃料效率分别为83.55%、89.53%和46.47%。之后提出两种双梯度渐变孔径Ni泡沫反应器的设计优化策略(分别为孔径轴向上由大变小、径向上由小变大渐变(结构1)和孔径轴向、径向上都由大到小渐变(结构2))。与结构3相比,结构1有助于辐射深入的同时保证中心区域温度更高,光-燃料效率为55.00%;结构2有助于太阳能的逐步吸收,进而提高温度均匀性,光-燃料效率为52.20%。

摘要：甲烷干重整(DRM)反应能够将CH_(4)和CO_(2)两种温室气体转化为合成气,具有突出的环境和经济效益。但DRM反应过程的高温条件和产出的积炭易造成Ni等金属催化剂的失活,限制了其在工业上的应用。中低温煤热解半焦(简称“煤焦”)具有作为高效Ni基催化剂载体的良好潜力。为了提升DRM反应性能并促进煤焦利用,设计并制备了一种煤焦-Ni复合物,以K_(2)CO_(3)为助剂,考察了DRM反应性能、煤焦-Ni复合物在反应后形成碳材料的表面结构特征及其用作超级电容器电极材料的性能。研究发现,当m(煤焦):m(K_(2)CO_(3)):m(Ni)=1.00:1.00:0.05、DRM反应温度为850℃时,CH_(4)和CO_(2)初始转化率分别达71%和72%。优化反应条件(催化剂的Ni负载量、反应温度和反应时间)后,以煤焦-Ni复合物在反应后形成的碳材料为超级电容器电极材料可表现出优良的电化学性能,其中,CC-2在扫描速率为5 mV/s时,比电容为136 F/g;在电流密度为1 A/g时,比电容为143 F/g。本研究为DRM和煤焦的协同转化利用、反应后碳材料(反应中作为催化剂或催化剂载体)的回收利用提供了潜在路径。