随着我国城市化进程的发展,城市生活垃圾产量也迅速增加,同时出现了诸多问题,如：污染环境、占用土地、资源浪费、影响市民身体健康等。近几年,气化和热解技术不断运用于生活垃圾的处理过程中,成为国内外学者研究的热点。鉴于生活垃圾组分复杂、波动性大,可燃组分是气化的主要原料,本课题以木屑为生活垃圾可燃物代表进行相关研究。目前,生物质木屑气化热解过程中焦油的产生是面临的主要技术难题之一,因此急需找到一种催化剂提高焦油的转化率。橄榄石为生物质气化过程中较为常用、廉价、耐磨的催化剂之一,而与其成分非常相似的铜渣为铜冶炼过程中产生的工业废渣,其主要矿相为2FeO-SiO2、Fe304和Ca(Fe,Mg)(SiO3)2。鉴于此,本论文提出了铜渣改性方案,并借助诸多手段验证改性后铜渣对生物质木屑气化的催化活性,展开了以下研究工作：首先,借助高温热重(TG),对空气气氛下铜渣煅烧进行了动力学分析,确定其反应机理函数,同时获取其活化能、指前因子。运用Popescu法分析可得空气气氛下铜渣煅烧反应为3级化学反应,其机理函数的微分形式f(α)=2(1-α)3,积分形式G(α)=[(1-α)-2-1]/2,反应活化能为16.8kJ/mol。其次,对铜渣进行改性试验,在高温热重(TG)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜／能谱(SEM/EDX)表征手段辅助下,选定试验条件：O2流量为50ml/min,温度为800℃、850℃、900℃、950℃。试验结果表明当煅烧时间相同时随着煅烧温度的升高铜渣的增重率变大,同时在同一煅烧温度条件下增重率随煅烧时间的变化出现先增大后减小的趋势,峰值分别出现在800℃、850℃、900℃煅烧180min以及950℃煅烧60min。随粒径减小铜渣增重率也明显增大。不同氧分压情况下,煅烧时间相同时,由于氧分压降低抑制了Fe203的生成量,因此氧分压高的样品增重略高。再次,通过XRD、SEM、BET、H2-TPR、TG、FTIR、GC-MS等检测手段考察预煅烧处理对铜渣催化生物质木屑气化活性的影响。结果发现,随着煅烧温度的升高和煅烧时间的延长,铁橄榄石的峰逐渐减弱至消失,而磁铁矿的峰先增强后减弱,同时随着温度的升高出现了Si02的峰。由此推断预煅烧使Fe由Fe2Si04中游离出来,以Fe304和Fe203形式存在。结合SEM和BET表征结果发现,对铜渣进行预煅烧处理可以使其表面蓬松,比表面积相对未经预煅烧处理的铜渣有所增大。H2-TPR表征结果表明,预煅烧处理铜渣有助于铜渣中磁铁矿和赤铁矿的形成。借助自行搭建的生物质气化试验台验证预煅烧处理后的铜渣对生物质的催化活性。气相色谱(GC)分析结果表明H2和CO量有明显的提高,分别由19.61%,32.55%增加至21.35%,36.89%。红外(FTIR)谱图和气质联用(GC-MS)分析结果表明,预煅烧处理铜渣催化生物质气化前后得到的焦油成分有明显的区别,表明预煅烧后的铜渣对生物质焦油具有明显催化作用。最后,考虑到城市生活垃圾气化过程中会产生SO2气体,生物质不能完全替代生活垃圾,为掌握预煅烧处理后的铜渣催化城市生活垃圾气化过程中,催化剂SO2中毒机理,采用热力学非均相体系中Gibbs自由能最小原理,分析了预煅烧处理后的铜渣内主要成分与SO2可能发生的化学反应,同时比较了反应的化学平衡常数。结果表明预煅烧处理后的铜渣在气化反应过程中积碳会造成催化剂暂时性中毒,而Fe2(SO4)3的生成会导致催化剂退化及永久性中毒,且O2、H2、CO的存在对中毒过程没有影响。