洁净煤技术

作者：王晨凯, 杨丽, 徐浩轩, 李莹, 刘方

关键词：甲烷裂解,活性炭,炭黑负载,碳产物,结构调控

为构建高效、可规模化的非金属催化甲烷裂解制氢体系并实现氢气与高附加值固体碳材料协同产出，以活性炭（AC）为基体，构建KOH改性活性炭与炭黑（CB）负载复合催化剂，系统研究了KOH质量分数、脱钾处理及炭黑负载对甲烷裂解性能及碳产物结构的影响。采用KOH活化调控孔结构与缺陷位点，结合超声分散实现炭黑负载与界面耦合，进一步通过2轮超声水洗制备脱钾对照样品；在固定床石英管反应器中于950 ℃条件下评价甲烷裂解性能，结合XRD、FTIR、BET及SEM/TEM等表征解析催化剂材料结构演化与积碳形貌。结果表明：KOH改性可显著提升催化活性，刻蚀/活化引入的缺陷、边缘位点与孔结构重构为CH4初始吸附与裂解提供更多反应位点；脱钾后比表面积虽增大，但转化率明显下降，说明残留K物种并非仅通过孔结构贡献活性，而在CH4活化中发挥关键化学促进作用，通过增强碳表面极性/碱性特征并调控局部电子环境促进初始C—H断裂。炭黑负载虽使初始活性略有下降，但整体性能仍优于未改性样品，其中炭黑负载6 h时催化剂50 min转化率约30%，高于2 h组的27%；形貌表征显示复合体系反应后形成管径约50 nm的丝状/管状碳（类CNT），可部分替代块状无序积碳并缓解孔口快速堵塞。研究揭示了“KOH刻蚀–K物种–炭黑导电”协同调控孔结构与碳沉积形貌的机制，实现了甲烷制氢与高附加值碳材料共生产。

来源：2026年第3期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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