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技术介绍
通过催化反应将以CH4为主的混合低碳烷烃和CO2转化为合成气（H2/CO），兼具温室气体转化/炼厂废气资源化利用/清洁能源生产三重价值。 本项目基于创新的二氧化碳干重整催化剂，采用沸石分子筛封装金属颗粒技术，克服了Ni基催化剂因易烧结和积炭问题，突破了含低碳烷烃CO2干重整的技术限制，可实现复杂工业场景下的稳定长周期操作。
解决的问题（传统干重整的技术瓶颈）：
- 干重整条件下的金属颗粒抗烧结问题：金属颗粒的烧结是催化剂失活的主要原因。干重整多在750度以上的高温中进行，如何抑制以Ni为代表的金属颗粒的烧结是实现高效催化的关键。
- 干重整过程中的积碳问题：干重整为强吸热反应，烷烃经深度裂解后形成强吸附碳物种，在金属表面发生渗碳，并进一步催化积碳的形成。如何抑制金属颗粒的渗碳是实现长效催化的关键。
- 分子筛结构稳定催化剂的原理：与传统催化剂设计多采用稀土助剂稳定金属纳米颗粒不同，本项目提出采用沸石分子筛稳定Ni等金属纳米颗粒，实现高效、长寿命的催化过程。分子筛的硅质骨架与金属颗粒的界面相互作用、微孔孔道对积碳物种的限制是稳定化的关键，其原理需要进一步探索。
技术路线
关键技术
- 关键技术一：金属与分子筛双功能组分的高效组装技术
基于对金属纳米颗粒烧结机制及催化材料失活机制的研究与理解，设计开发出一种ZSM-5沸石封装钴镍纳米颗粒（CoNi NPs）的核壳催化材料CoNi@ZSM-5，旨在解决传统干重整反应中催化材料金属烧结、积碳与无法再生等问题。CoNi@ZSM-5在干重整反应中取得了优异的抗烧结、抗积碳性能，并且在多次循环使用后依然保持了较完好的催化材料结构。
- 关键技术二：保持催化剂优异稳定性的长效技术
硅酸盐界面结构及孔内氢溢流抑制积碳形成。基于对甲烷干重整反应机理与氢溢流对反应过程作用机制的研究，进一步调控沸石分子筛的孔道环境，定向设计出可强化氢溢流效应的Ni@HZSM-5催化材料，快速的氢物种扩散有效抑制积碳的形成。
- 关键技术三：强传热反应体系的催化剂制备技术
分子筛导热性能较为一般，对于该研究的强吸热反应，成型后如何实现反应高效进行，需要对热扩散进行强化。基于对整体式催化材料与块状载体的研究，结合沸石封装策略与孔道调控策略同时利用碳化硅良好的热力学稳定性、导热性、和热膨胀性设计出分子筛/SiC催化材料。
项目初步结果
新型催化剂：沸石封装结构
- 开发的Ni@Zeo催化剂，Ni纳米颗粒处于沸石晶体内部
TEM照片
EDS maps
三维投射电子显微-重构模型
- 催化寿命评价
