氢能由于其高能清洁等优点在能源日益短缺的今天受到了广泛的关注。乙醇蒸汽重整制氢，具有原料可再生、产品气体中氢气含量高、系统能量效率高等优点，近年来成为能源和催化领域的研究热点。Ni基催化剂具有较强的C-C断键能力及较低的成本，广泛用于蒸汽重整过程，在乙醇蒸汽重整过程中也表现出较优的反应活性及对氢气的选择性。Ni颗粒易迁移烧结和积碳，导致催化剂失活，是Ni基催化剂应用面临的主要问题之一。通过设计催化剂增强催化剂中金属载体相互作用是解决问题的有效方法之一。在之前的研究中，通过蒸氨法制备的具有层状硅酸盐结构的Ni/SiO2催化剂，我们成功的增强了催化剂的稳定性。但由于该方法所制备催化剂层状硅酸盐结构只占催化剂整体结构一部分，通过增加层状结构比例将更有利于催化稳定性，对于纯层状硅酸盐结构的可控合成即显得尤为必要。
本文通过水热合成法制备了纯的2-1含镍层状硅酸盐纳米管。通过IR、XRD、TEM等表征证明成功合成了2-1含镍层状硅酸盐。通过TPR表征证明该材料金属载体相互作用比传统蒸氨法制备的层状硅酸盐催化剂还要强。分别采用400、500、600、700 ºC还原制得了具有不同还原程度的Ni/SiO2催化剂。通过XRD、TEM、H2-TPD以及XPS等表征表明：随着还原温度的升高，还原所得催化剂中镍金属还原程度越高，镍粒径越大，同时含镍层状硅酸盐纳米管的形貌改变越大，在700 ºC时纳米管已经完全破坏。将这些催化剂进行了400 ºC下的乙醇蒸汽重整的初活性及稳定性测试，结果表明600 ºC还原的催化剂具有最好的活性和对H2的选择性，同时在30 h的稳定性测试中具有最好的稳定性。这主要归结于在此还原条件下形成了最好的Ni分散，同时层状硅酸盐的纳米管结构还较好的保留。为了进一步检验该催化剂的稳定性，我们进行了催化剂的600 ºC长时间稳定性测试，结果表明该催化剂在100 h的测试过程中一直稳定的保持90%以上的转化率和对H2的选择性。反应后催化剂的TEM、XRD以及TG结果表明，催化剂在100 h后粒径几乎未长大，层状硅酸盐的层状结构依然存在，同时催化剂表面的积碳量也非常小，这也是该催化剂稳定的原因。因此我们认为含镍层状硅酸盐纳米管600 ºC还原后的Ni/SiO2催化剂是一种比较好的乙醇蒸汽重整催化剂。 |