以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂的制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种二氧化碳甲烷化用镍基催化剂的制备方法，特别是一种以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂的制备方法及其应用。

背景技术：

石化燃料燃烧所排放的温室气体二氧化碳是引起的全球变暖的主要原因。为减少二氧化碳的排放，人们对二氧化碳的利用进行了大量的研究，如二氧化碳的捕捉和储存、二氧化碳的化学转化等。二氧化碳加氢制备甲烷的催化转化是减少二氧化碳排放的重要方法。为此，研制高性能二氧化碳甲烷化催化剂是重中之重。

目前，商用的二氧化碳甲烷化催化剂主要为氧化铝负载的镍基催化剂，其原料成本低，催化转化过程中甲烷的选择性好。但是，其相对于贵金属催化剂来说转化率低。因此，研究和制备性能优异的镍基催化剂对二氧化碳催化转化具有重要的实际意义。镁铝水滑石具有优异的碱性、吸附性、热稳定性、无毒性等性质，故而在催化剂载体、环保材料、吸附材料、药物载体、功能材料等领域有着良好的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂的制备方法及其应用，该镍基催化剂能够提高二氧化碳催化转化制备甲烷的转化率与产率。

本发明思路：首先，通过水热合成法和高温焙烧法制备出以镁铝水滑石为前驱体的载体—镁铝氧化物，然后，通过硝酸镍浸渍法和高温焙烧法制备得到镁铝氧化物担载的镍基催化剂。

制备以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂的具体步骤为：

（1）依次向烧杯中加入1.03g硝酸镁、0.75g硝酸铝、80ml蒸馏水和1.5g尿素，并将烧杯置于磁力搅拌器上搅拌直至固体完全溶解，制得混合溶液。

（2）将步骤（1）制得的混合溶液转移至100ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中，将反应釜置于110℃下反应10小时，反应结束后自然冷却至室温，然后减压抽滤，用蒸馏水和乙醇分别洗涤3~5次后于90℃下干燥10小时，所得产物转移至管式炉中部，空气气氛下600℃焙烧3小时，反应结束后自然冷却至室温，制得镁铝氧化物催化剂载体。

（3）将0.22g硝酸镍溶于1ml蒸馏水中，然后加入0.4g步骤（2）制得的镁铝氧化物催化剂载体，搅拌混合均匀并静置3小时后，于90℃干燥5小时，所得产物转移至管式炉中部，空气气氛下先于350℃恒温1小时，然后于450℃焙烧3小时，反应结束后自然冷却至室温，即制得以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂。

本发明的以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂应用于二氧化碳甲烷化反应。

本发明的制备方法成本低廉，容易操作。本发明的以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂在二氧化碳甲烷化反应时具有优异的催化性能，能够提高二氧化碳催化转化制备甲烷的转化率与产率。

附图说明

图1为本发明实施例中制备的以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂在二氧化碳甲烷化反应时甲烷产率与反应温度的变化关系图。

具体实施方式

实施例：

（1）依次向烧杯中加入1.03g硝酸镁、0.75g硝酸铝、80ml蒸馏水和1.5g尿素，并将烧杯置于磁力搅拌器上搅拌直至固体完全溶解，制得混合溶液。

（2）将步骤（1）制得的混合溶液转移至100ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中，将反应釜置于110℃下反应10小时，反应结束后自然冷却至室温，然后减压抽滤，用蒸馏水和乙醇分别洗涤4次后于90℃下干燥10小时，所得产物转移至管式炉中部，空气气氛下600℃焙烧3小时，反应结束后自然冷却至室温，制得镁铝氧化物催化剂载体。

（3）将0.22g硝酸镍溶于1ml蒸馏水中，然后加入0.4g步骤（2）制得的镁铝氧化物催化剂载体，搅拌混合均匀并静置3小时后，于90℃干燥5小时，所得产物转移至管式炉中部，空气气氛下先于350℃恒温1小时，然后于450℃焙烧3小时，反应结束后自然冷却至室温，即制得以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂。

称取本实施例制得的镍基催化剂0.1g装入反应管内，于750℃下还原1小时，氢气流量为20ml/min。待还原结束自然冷却至室温后，将温度调节至二氧化碳甲烷化所需温度，并将气体切换为二氧化碳和氢气体积比为1:4的混合气体，混合气体流量为50ml/min，采用热导检测器的气相色谱在线分析气体产物。

经测试发现，本发明所述方法制备的镍基催化剂在二氧化碳甲烷化时具有较高的甲烷产率，在反应温度400℃时甲烷产率达到80.1%。以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂在不同反应温度下的甲烷产率如图1所示。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种以镁铝水滑石为前驱体的镍基催化剂的制备方法及其应用。首先，通过水热合成法和高温焙烧法制备出以镁铝水滑石为前驱体的镁铝氧化物，然后，通过浸渍法和高温焙烧法制备得到镁铝氧化物担载的镍基催化剂，该镍基催化剂能够用于二氧化碳甲烷化催化反应。本发明的制备方法简单，容易操作，该方法制得的镍基催化剂能够用于二氧化碳甲烷化催化反应，且具有较高的催化性能，当反应温度为400℃时甲烷产率达到80.1%。

技术研发人员：陈海涛;王沈峰;陶红;郭依洁;杨文
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2019.04.18
技术公布日：2019.07.19