本發(fā)明屬于催化重整制合成氣，具體涉及一種中高熵多元金屬氧化物催化劑、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、天然氣作為一種清潔能源，其主要用作燃料使用，其主要由甲烷、少量乙烷和丙烷組成，其中甲烷的占比最大。天然氣催化重整是工業(yè)生產(chǎn)合成氣(co和h2混合氣體)的重要工藝。催化重整制備合成氣主要包括甲烷水蒸氣重整(甲烷濕重整)、甲烷部分氧化重整、甲烷二氧化碳重整(甲烷干重整)和低碳烷烴重整等技術(shù)。

2、目前，甲烷干重整技術(shù)中使用的催化劑多為鎳基催化劑，但傳統(tǒng)的鎳基催化劑在長期高溫使用條件下易因積碳和燒結(jié)而失活，從而導(dǎo)致催化劑活性和穩(wěn)定性下降，限制了其工業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提供一種中高熵多元金屬氧化物催化劑，該催化劑與傳統(tǒng)僅負(fù)載鎳的催化劑相比，具有更高的催化活性和穩(wěn)定性。

2、為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種中高熵多元金屬氧化物催化劑，該催化劑具有摻雜過渡金屬元素的純相鎂鋁尖晶石結(jié)構(gòu)，所述過渡金屬元素包括鎳，以及鈷、鋅和錳中的至少一種。

3、本發(fā)明創(chuàng)造性地將中高熵理論應(yīng)用于烷烴重整反應(yīng)催化劑設(shè)計(jì)中，通過向鎂鋁尖晶石中引入特定種類的金屬元素，得到了摻雜有過渡金屬元素的具有純相鎂鋁尖晶石結(jié)構(gòu)的催化劑。通過高熵化過程增強(qiáng)了催化劑的穩(wěn)定性，強(qiáng)化了多活性位點(diǎn)之間的協(xié)同作用，使催化劑具有優(yōu)異的催化性能和熱穩(wěn)定性能。

4、結(jié)合第一方面，所述中高熵多元金屬氧化物催化劑用化學(xué)通式(mgxniycozznmmnn)al2o4表示；其中，0.2≤x＜1、0＜y≤0.4，0≤z≤0.2、0≤m≤0.2、0≤n≤0.2且x+y+z+m+n＝1。x、y、z、m和n可以為符合上述限定范圍的任意數(shù)值。

5、優(yōu)選地，所述中高熵多元金屬氧化物催化劑的化學(xué)式為(mg0.6ni0.2co0.2)al2o4。

6、優(yōu)選地，所述中高熵多元金屬氧化物催化劑的化學(xué)式為(mg0.4ni0.2co0.2zn0.2)al2o4或(mg0.4ni0.2co0.2mn0.2)al2o4。

7、優(yōu)選地，所述中高熵多元金屬氧化物催化劑的化學(xué)式為(mg0.2ni0.2co0.2zn0.2mn0.2)al2o4。

8、本發(fā)明的第二方面提供一種上述中高熵多元金屬氧化物催化劑的制備方法，步驟包括：

9、s1、將可溶性鋁鹽、可溶性鎂鹽和摻雜的過渡金屬元素的可溶性鹽按照各元素的預(yù)設(shè)摩爾比混合均勻，得多元金屬混合液；

10、s2、調(diào)節(jié)所述混合液的ph為9～10，待金屬離子完全沉淀后固液分離，并將固體產(chǎn)物洗滌至中性，烘干，得多元金屬前驅(qū)體；

11、s3、將所述多元金屬前驅(qū)體研磨成粉末態(tài)后煅燒、冷卻、還原，得中高熵多元金屬氧化物催化劑。

12、本發(fā)明利用共沉淀法制備出具有更高催化活性和穩(wěn)定性的中高熵多元金屬氧化物催化劑，該制備方法簡單可行，且制備過程中無需使用有機(jī)溶劑，更利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

13、結(jié)合第二方面，所述煅燒為將多元金屬前驅(qū)體研磨成粉末后置于箱式爐中以2～4℃/min的升溫速率升溫至750～850℃并焙燒3～5h。

14、結(jié)合第二方面，所述還原反應(yīng)的溫度為750～850℃，還原所用的氣體為10％氫/氬混合氣，氣體流速為40～50ml/min。

15、本發(fā)明的第三方面提供一種上述中高熵多元金屬氧化物催化劑在烷烴重整反應(yīng)中的應(yīng)用。

16、優(yōu)選地，所述烷烴重整反應(yīng)包括但不限于甲烷濕重整反應(yīng)、甲烷干重整反應(yīng)、甲烷部分氧化重整反應(yīng)和低碳烷烴重整制氫反應(yīng)。

技術(shù)特征：

1.一種中高熵多元金屬氧化物催化劑，其特征在于，具有摻雜過渡金屬元素的純相鎂鋁尖晶石結(jié)構(gòu)，所述過渡金屬元素包括鎳，以及鈷、鋅和錳中的至少一種。

2.如權(quán)利要求1所述的中高熵多元金屬氧化物催化劑，其特征在于，所述中高熵多元金屬氧化物催化劑用化學(xué)通式(mgxniycozznmmnn)al2o4表示；

3.如權(quán)利要求2所述的中高熵多元金屬氧化物催化劑，其特征在于，所述中高熵多元金屬氧化物催化劑的化學(xué)式為(mg0.6ni0.2co0.2)al2o4。

4.如權(quán)利要求2所述的中高熵多元金屬氧化物催化劑，其特征在于，所述中高熵多元金屬氧化物催化劑的化學(xué)式為(mg0.4ni0.2co0.2zn0.2)al2o4或(mg0.4ni0.2co0.2mn0.2)al2o4。

5.如權(quán)利要求2所述的中高熵多元金屬氧化物催化劑，其特征在于，所述中高熵多元金屬氧化物催化劑的化學(xué)式為(mg0.2ni0.2co0.2zn0.2mn0.2)al2o4。

6.一種權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的中高熵多元金屬氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，步驟包括：

7.如權(quán)利要求6所述的中高熵多元金屬氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，所述煅燒為將多元金屬前驅(qū)體研磨成粉末后置于箱式爐中以2～4℃/min的升溫速率升溫至750～850℃并焙燒3～5h。

8.如權(quán)利要求6所述的中高熵多元金屬氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，所述還原反應(yīng)的溫度為750～850℃，還原所用的氣體為10％氫/氬混合氣，氣體流速為40～50ml/min。

9.權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的中高熵多元金屬氧化物催化劑在烷烴重整反應(yīng)中的應(yīng)用。

10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述烷烴重整反應(yīng)包括甲烷濕重整反應(yīng)、甲烷干重整反應(yīng)、甲烷部分氧化重整反應(yīng)和低碳烷烴重整反應(yīng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于催化重整制合成氣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中高熵多元金屬氧化物催化劑、制備方法及應(yīng)用。本發(fā)明提供一種中高熵多元金屬氧化物催化劑，其具有摻雜過渡金屬元素的鎂鋁尖晶石結(jié)構(gòu)，其中過渡金屬元素包括鎳，以及鈷、鋅和錳中的至少一種。本發(fā)明提供的中高熵多元金屬氧化物催化劑與傳統(tǒng)僅負(fù)載鎳的催化劑相比，具有更高的催化活性和穩(wěn)定性。本發(fā)明還提供一種上述催化劑的制備方法，該制備方法簡單可行，無需使用有機(jī)溶劑，利于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；苽洹?br/>
技術(shù)研發(fā)人員：孟憲光,孟宇璇,陳越軍,李靜璇,閆小鳳,劉國平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9