改性活性炭对CH4-CO2重整制合成气性能的影响.pdfVIP

天然气化工一C1化学与化工 2017年第42卷 改性活性炭对CH4一C02重整制合成气性能的影响 贾 永，张国杰+，苏爱廷，郝兰霞 (太原理工大学山西省煤科学与技术省部共建国家重点实验室培育基地，山西太原030024) 摘要：使用一系列试剂分别采用浸渍法与浸渍一焙烧法对活性炭进行了表面改性，采用Boehm酸碱滴定法与扫描电镜对活 性炭表面基团和形貌进行了测定和表征，研究了改性活性炭对CH。一C0z重整制合成气的影响。结果表明：经盐酸、磷酸、过氧乙 酸、次氯酸钠改性后活性炭表面呈酸性，催化活性降低；而经氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硝酸、高锰酸钾溶液改性后活性炭表 表面碱性官能团含量增加，为CH，C0：重整反应提供了活性位；同时经过改性后活性炭发育的孑L结构，对CH。与COz分子进行 了吸附活化，产生能量较高的过渡态中间体，加快了重整反应速率。 关键词：活性炭改性；甲烷二氧化碳重整；合成气 文献标识码：A 文章编号：1001—9219(2017)02—28∞6 中图分类号：0643-3；TQ426 我国的CO：和CH4排放量世界第一，而且随着化率；反应后活性炭比表面积、孑L容及微孔孔容都 工业化进程的加快，大量化石燃料的使用还不断向 明显降低，平均孔径增大，而且样品增重与样品初 大气排放CO2【”。它们一方面是造成温室效应的主要 始比表面积成正。其中炭的结构和表面特性是影响 气体，另一方面也是一种宝贵资源㈣。促进其资源 CH。裂解的最主要的因素，炭催化CH。裂解反应的 化利用，对解决环境问题、能源问题和化工原料问 活化能介于非催化裂解反应和过渡金属催化裂解 题，实现国家能源安全和社会经济可持续发展都具 有重大意义M。近十几年来，世界各国的研究者对 化学的活性炭对CH4裂解的性能，发现CHa裂解的 该过程进行了大量研究，取得了一定的进展，但基 初始速率与活性炭表面化学特性相关，特别是与含 本上都局限在实验室研究阶段【89】。高活性和抗积炭 氧官能团的浓度相关，而与活性炭的比表面积没有 的廉价催化剂开发是使重整反应具有应用价值和 太大关系。 工业化的重要前提。开展相关研究的重要性和迫切 性已引起广泛关注。 取合成气反应的有效催化剂，但反应过程中存在 由于炭材料拥有许多优越性能，近年来研究者 CH。裂解反应、焦炭与HzO(蓟和CH。的气化反应三 开始用炭材料作为CH。裂解和COz重整CH。反应个不可忽略的副反应，与金属催化剂相同，积炭是 的催化剂，并展开了相应的研究【101。崔一尘等【11]对几引起焦炭失活的主要原因，积炭的生成速率依赖于 种活性炭催化CH。裂解研究发现，降低CH。分压、 吸附的碳氢物种与含氧物种的作用和碳氢物种的 增加停留时间和提高反应温度都可以提高CH。转 脱附。张永发等[15】研究也发现炭材料表面的含氧官 能团(C—O)有助于CH4的吸附和裂解，并且可以作 为活性位加速C0：消碳反应进行。李延兵等【16]对不 同炭材料催化CH。一CO：重整研究发现，灰分含量越 收稿日期：2016．07．2l；基金项目：国家自然科学基金项目低煤焦催化活性越好。通过添加不同添加剂对催化 21676174和U1610115)，山西省高等学校创新 剂进行改性研究发现，加入Si0：后，制得的焦炭催 人才支持项目(2013)；作者简介：贾永(1990-)，男，硕士生，研 化活性降低，加人Ca0和M90后，制得的焦炭催化 究方向为甲烷重整催化剂，1141266750@qq．com；+通讯作 活性提高旧。李玉洁等㈣研究发现半焦经过碱