09
2024
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行业新知 | DIW 3D打印制备镍催化剂在CO₂甲烷化反应中的应用研究
作者：
奇遇科技
行业新知
近日，宁夏大学罗发亮团队在《Fuel》发表了题Design and catalytic performance of Ni catalyst for CO2 methanation based on DIW-3D printing的研究，探讨了DIW-3D打印技术制造制备镍（Ni）催化剂，以提高二氧化碳（CO₂）加氢反应（CO₂甲烷化反应）的催化性能。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.133129
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研究内容
CO₂甲烷化反应（CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O）是一种重要的化学反应，通过该反应可以将温室气体CO₂转化为有用的甲烷（CH₄），这不仅有助于缓解温室气体排放，也为能源存储和利用提供了一条潜在的途径。镍（Ni）基催化剂因其较低的成本、良好的催化活性和稳定性，在CO₂甲烷化反应中得到广泛应用。然而，Ni催化剂的性能和稳定性仍然受到许多因素的制约，如催化剂的活性表面积、粒子大小、分散性等。
近年来，3D打印技术（DIW 3D打印）为催化剂的设计和制备提供了新的方向。通过该技术，可以精确控制催化剂的形貌、结构和组成，从而优化催化剂的性能。
该研究的主要目的是基于DIW 3D打印技术设计和制造镍（Ni）催化剂，并评估其在CO₂甲烷化反应中的催化性能。研究团队希望通过3D打印技术的优势，改善催化剂的结构和活性，提高CO₂转化率和甲烷产率。
以下是文章的研究方法及数据：
△图1，结构顶视图和剖面图 1-1斜网格、垂直网格、1-3位错网格、1-1旋转斜网格。
△图2，不同Ni浓度催化剂的N2吸附-脱附等温线（a）和孔径分布（b）。
△图3，20%Ni/SiOC催化剂的扫描电镜。
△图4，不同Ni浓度的Ni/SiOC整体式催化剂甲烷化转化率。
△图5，.20%Ni/SiOC整体式催化剂在不同还原温度下甲烷化转化率。
△图6，不同3D打印模型的20%Ni/SiOC催化剂在250~400℃、0.1MPa条件下的性能。
△图7，不同配位化合物制备的整体式催化剂的甲烷化转化率。
△图8，20%Ni/SiOC整体式催化剂300℃稳定性测试。
结论
本文通过DIW 3D打印制备了多级孔催化剂，并研究了不同条件对催化性能的影响。研究表明，最佳反应温度为325℃，甲烷的选择性为100%，28%Ni/SiOC催化剂的转化率最高，达到了92.18%。当反应压力提高至2.0 MPa时，20%Ni/SiOC催化剂在300℃时能够达到最高的转化率，达到96.48%。加入配体后，可以降低反应温度，在300℃时，20%Ni/SiOC-AM的转化率为91.25%，比同温度下的20%Ni/SiOC催化剂高出5%。更大的纤维间距导致更高的催化效率，因为它有助于更好的质量传递。此外，通过将活性金属负载到3D打印结构的表面，进一步减少废物的实验方法将会得到改进。
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