Insight into deactivation of the carbon-/sintering-resistant Ni@Silicalite-1 for catalytic partial oxidation of methane to syngas

合成气 催化作用 部分氧化 烧结 甲烷 纳米颗粒 化学工程 化学 选择性 无机化学 非阻塞I/O 碳纤维 材料科学 有机化学 复合材料 工程类 复合数
作者
Ya Gao,Yan Wei,Weidong Sun,Guofeng Zhao,Ye Liu,Yong Lu
出处
期刊:Fuel [Elsevier]
卷期号:320: 123892-123892 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2022.123892
摘要

Ni-based catalysts show good activity and selectivity for the catalytic partial oxidation of methane (CPOM) to syngas, but still suffer from carbon deposition and Ni-sintering. Herein, Ni nanoparticles of 3–7 nm are successfully embedded inside the crystal of silicalite-1 (S-1) zeolite via one-pot hydrothermal synthesis. The [email protected] catalysts, with high activity/selectivity, show high carbon-/sintering-resistance but still deactivates fast. The surface of Ni nanoparticles involved in the reaction is oxidized to form intermediate NiO species, which may react with the circumambient SiO2 (from S-1) in the presence of water vapor (by-product and/or intermediate-product of CPOM reaction) to form a dense Ni3(Si2O5)2(OH)2 layer around Ni nanoparticles. The formed Ni3(Si2O5)2(OH)2 compounds are hard to be reduced (even in H2 at 800 °C; thus losing capacity to involve catalytic reaction cycle) while completely blocking the Ni0 sites from contacting with reactants, which is the main cause for the [email protected] deactivation. Not surprisingly, such deactivation problem can be solved easily by replacing Ni with highly anti-oxidative metals such as Rh.

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