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传统能源日益减少,能源供需缺口逐渐变大,可再生能源的利用与推广越来越急切。生物质受自然条件限制程度较低,同时具有CO2零排放、可转换和再生的优点。将生物质裂解为生物油,紧接着将生物油重整制氢是一条合理的路线,其中开发高效稳定的催化剂对生物质的利用起重要作用。Ni基催化剂是廉价的,同时具有高的C-C键和C-H键裂解活性,所以被广泛应用在水蒸气重整反应中,但是Ni基催化剂会快速失活,阻碍了其在实际生产中的应用。本文制备了一系列高效稳定的Ni基催化剂,并在生物油模型物乙酸水蒸气重整中将不同催化剂分别进行了表征分析及催化性能的测试。 首先,采用溶胶-凝胶法结合湿浸渍法制备了一系列Ni/La2O3-ZrO2催化剂,采用一系列表征对催化剂进行了结构性质分析。考察了不同载体组成的Ni/La2O3-ZrO2的结构性质和催化性能。在水蒸气重整反应中,不同载体组成的Ni/La2O3-ZrO2催化性能不同,5wt% Ni/10wt% La2O3-ZrO2具有最好的催化性能和稳定性,其H2产率在10h内分别保持在78.86%以上。考察了不同Ni负载量的Ni/La2O3-ZrO2的结构性质和催化性能。Ni/La2O3-ZrO2催化剂中存在两种类型的Ni物种,分别为游离态的Ni物种和与载体有相互作用的Ni物种,不同种类Ni物种的含量随着Ni的负载量不同而变化。不同种类的Ni物种对乙酸水蒸气重整反应的影响不同,在反应温度为600℃时,15wt% Ni/10wt% La2O3-ZrO2具有最好的催化性能,其H2产率达到89.27%。最后在600℃下进行了20 h的稳定性实验,15wt% Ni/10wt% La2O3-ZrO2具有良好的活性和稳定性。 其次,为了制备高纯度的H2,采用溶胶-凝胶燃烧法一步制备了一系列Ni/CaO-La2O3双功能材料,并在固定床上研究了Ni/CaO-La2O3在吸收强化水蒸气重整反应过程中的催化性能和CO2吸收性能。在穿透前区,20wt%Ni/CaO-La2O3的H2产率达到86.02%,CH4产率只有0.46%;在9个碳化-煅烧的循环内,20wt% Ni/CaO-La2O3的H2浓度基本维持在90%以上;9个碳化-煅烧的循环后,穿透前区的持续时间从20 min降至17.5 min,这被归结为CaO颗粒的烧结和孔结构的变化,但是H2产率没有明显降低,主要是由于Ni保持好的分散性,保证了充足的活性位点。 此外,本文还将Ni/CeO2-ZrO2作为核催化剂,以SiO2为壳层,采用溶胶-凝胶法制备了核壳结构的Ni/CeO2-ZrO2@SiO2,探讨了SiO2层对Ni/CeO2-ZrO2的结构性质和催化性能的影响。Ni/CeO2-ZrO2@SiO2颗粒大小均匀,约为350nm,SiO2壳层的包覆将会改变Ni/CeO2-ZrO2的结构性质、NiO的还原性和Ni与载体的相互作用。Ni/CeO2-ZrO2@SiO2具有好催化性能,其氢气产率达到86.42%,可以看出包覆结构中SiO2层的存在有利于改善Ni/CeO2-ZrO2催化剂的催化性能。