基于3D打印矩阵结构钢载体的NiO-CeO2催化CO2甲烷化研究

本刊推荐一项利用熔融沉积建模（FDM）3D打印技术制备17-4 PH钢载体（monolith）的创新研究。该研究设计了可诱导反应气体湍流的新型矩阵通道结构（matrix），与传统蜂窝状载体（honeycomb）相比，在低总气体流量（50 cm3/min）条件下显著提升了NiO-CeO2纳米颗粒催化CO2加氢制CH4的性能，且未产生额外压降，为高性能催化反应器设计提供了新思路。

　　

实验细节

通过3D打印钢载体和NiO-CeO₂纳米颗粒制备了三种"NiO-CeO₂/钢载体"催化剂，分别标记为NiO-CeO₂ (np)/蜂窝状、NiO-CeO₂ (np)/对称矩阵和NiO-CeO₂ (np)/不对称矩阵。

催化剂表征

图4展示了不同负载催化剂的扫描电镜（SEM）图像。左侧图像显示了载体的内部结构差异：蜂窝状载体为平行直通道，而对称与不对称矩阵均为非线性通道。背散射电子（BSE）图像中，铈原子的亮度高于17-4不锈钢载体组分（铁、铬、镍），清晰呈现了活性相在载体表面的分布特征。

结论

采用FDM 3D打印技术成功制备了17-4 PH钢载体，对比了传统蜂窝状与非线性矩阵通道设计。负载NiO-CeO₂纳米颗粒后，在CO₂加氢制CH₄反应中验证了载体设计的关键作用：矩阵结构不仅显著提升了粉末填充床的反应效率，更通过诱导湍流有效克服了传统蜂窝状载体的气体扩散限制。