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我国城市固体废弃物的产生量日益增长,随意堆放的固体废物不仅占用大量土地,而且对生态环境造成巨大危害。相比于焚烧,热解/气化等热处置方法因具有更高效的能源化回收利用和更低污染物排放水平而备受关注。气化气是气化过程的目标产物,而焦油等副产物会严重制约气化气的应用。焦油的催化脱除法具有转化效率高、可充分利用焦油能量等优势,是最有效的焦油脱除方法之一。近年来,废弃物衍生焦炭用作焦油裂解催化剂成为热点。然而,目前对于不同废弃物焦油的生成规律和成分特征研究不足,对于炭基催化剂的理化特性和催化活性缺乏足够认识。因此,本文以开发低廉高效的废弃物衍生炭基催化剂为目标,针对生活垃圾焦油的催化裂解过程,对焦油的生成规律和成分特征、焦炭的催化活性和优化方法以及催化过程中的积炭特性和催化剂再生等方面开展了全面深入的研究,为可燃固体废弃物的高效清洁能源化利用提供了理论和技术基础。本文首先对生活垃圾焦油的基本特性进行了研究。结果表明,不同生活垃圾焦油的生成规律和成分差异显著,且交互作用对焦油的生成及成分影响很大。松木、猪肉胰蛋白、PE和PVC在600oC下热解焦油的产率分别为19.1、21.3、60.4和18.1%。松木焦油的主要成分为酚类、呋喃等含氧化合物,猪肉胰蛋白焦油的主要成分为胺类、酰胺等含氮化合物,PE焦油主要为烷烃、烯烃、二烯烃等链烃,而PVC焦油主要成分为多环芳烃。松木-PE混合提高了焦油的产率（3.74.2%）,而松木-PVC混合降低了焦油的产率（7.214.4%）。生物质和塑料混合时,焦油的品质得到提升,表现为氧元素、水分及酸性化合物含量降低,以及热值提高。对废弃物焦炭的理化特性和反应活性进行了研究。结果表明,生物炭比污泥炭具有更高的反应活性和催化活性潜力。生物炭灰分中具有催化活性的K、Ca、Mg和Fe等元素的含量高于污泥炭,而污泥炭中Si、Al等惰性元素占主导。生物炭比表面积为209.7 m2/g,其微孔容积所占比例达83.6%。污泥炭比表面积为31.3 m2/g,中、大孔容积所占比例为87.3%。生物炭中石墨碳的比例为72.5%,高于污泥炭的54.4%。在燃烧和气化工况下,生物炭的活化能分别为36.6和119.5 kJ/mol,低于污泥炭的50.1和137.9 kJ/mol,表明生物炭具有更高反应活性。此外,松木-PE混合使焦炭产率下降13.822.4%,松木-PVC混合使焦炭产率上升15.527.9%。生物质与塑料混合,降低了焦炭的H/C原子比,使碳结构规则程度及稳定性提高。对焦油模化物甲苯的催化裂解进行了研究。结果表明,污泥炭对甲苯的裂解效率低于镍基催化剂和煅烧白云石,但远高于热裂解和底渣催化剂。在950oC时,污泥炭对甲苯的催化裂解率达94.5%。甲苯催化裂解的主要产物为H2和积炭,而积炭是导致催化剂失活的主要原因。水蒸气和CO2通过焦油重整反应或消耗积炭的方式提高甲苯转化率,H2通过焦油的加氢裂化提高甲苯转化率。HCl对催化起负面作用,会与焦炭中的Ca、Fe等发生反应,生成低熔点的氯化物,在高温下融化,覆盖孔道。焦炭具备催化活性的主要因素有四点,即多级孔结构、灰成分、含氧官能团和碳结构缺陷。对高活性炭基催化剂的制备方法进行了研究。结果表明,活化和负载镍均能有效提高炭基催化剂的催化活性和稳定性。物理活化法不仅大幅度提高了比表面积（由143 m2/g提高到797 m2/g）,还改善了孔径分布（提高了中、大孔比例）,形成了多级孔结构。物理活化法还增加了表面含氧官能团（如C-O等）含量,并且在碳结构中形成了更多缺陷,而含氧官能团和碳结构缺陷都可作为催化时的活性位点。通过浸渍法制备的负载生物炭,其表面的镍颗粒为纳米级,平均尺寸为7.88.3 nm,镍颗粒在活化焦炭上负载时的分布更加均匀,催化活性和稳定性也更高,说明焦炭用作催化剂或催化剂载体时,预活化非常必要。综合考虑催化剂产率和催化活性,先活化（C900或H40）,再负载镍是最优的高活性炭基催化剂制备方法,催化活性在原始生物炭的基础上提高了136.7%。对焦油催化裂解时所产生积炭的特性及催化剂再生进行了研究。结果表明,纤维炭能一定程度上维持催化活性,前三次再生能有效恢复催化活性。镍催化剂催化裂解甲苯时,有非纤维炭和纤维炭（碳纳米管）两种积炭产生。纤维炭对失活的影响较小,并且在反应初期,纤维炭对催化活性还有一定的促进作用。高镍负载量、低温和低水分含量均有助于纤维炭的生成。在Ni20、700oC及无水蒸气的条件下,纤维炭与非纤维炭的产率比最高（1.11）。在600oC、空气气氛中煅烧3小时,前三次催化剂再生均可以有效恢复活性,而第四次再生后,活性显著下降。再生催化剂的比表面积由97.7 m2/g下降至86.9 m2/g,而NiO晶粒的尺寸则由12.8 nm增长到18.0 nm。最后对生活垃圾焦油的催化裂解进行了研究。结果表明,不同焦油的催化转化途径、产物分布以及对炭基催化剂的影响差异显著,焦油成分、焦油分子形状选择性和内扩散限制是影响焦油催化转化率的主要因素。生物质焦油的催化转化率高于塑料类焦油,其中松木焦油在900oC时的转化率高达98.7%。含氮焦油比含氧焦油稳定,更难被焦炭催化裂解,而含2个苯环的化合物,尤其是萘,是焦油中最难被催化裂解的成分。塑料类焦油产生的积炭远多于生物质焦油,这与焦油成分及原料裂解时的其他产物有关。塑料类焦油中的烯烃和多环芳烃易通过聚合反应和缩聚反应形成积炭,而生物质焦油高含氧率和低含碳率均不利于积炭的产生,且生物质热解产生的水会消耗积炭。