目前传统能源的使用已无法满足人们对工业化进程及环境保护的要求,而生物质能源因其来源广泛、环境友好、可再生等特点受到研究者的关注。在生物质气化过程中,生物质焦油的产生极大地影响了气化设备运行及生物质能量利用,而采用催化裂解法可有效将焦油分解为小分子气态化合物。铁基催化剂是一种绿色金属催化剂,价格便宜且反应后产物对环境无污染,但在常规加热方式下铁基催化剂的催化效率较低,无法满足焦油的降解要求;微波加热技术因其快速均匀加热特性,可以保证催化剂温度在较短时间内迅速升高到裂解所需温度,而微波加热过程中具有的金属放电现象及带来的热点效应和等离子体效应也可弥补铁基催化剂效率较低的不足。因此,本文选择甲苯作为生物质焦油的模型化合物,以微波作为加热方式,将单质铁负载到吸波性能良好的载体(碳化硅、生物质半焦)作为催化剂,探讨在不同工况下甲苯的裂解率及产物成分;对反应后催化剂积炭进行表征,并通过重整对催化剂进行消积炭试验。首先分别采用自制的Fe/SiC和Fe/C催化剂,在不同工况(微波比功率、铁单质含量、空速)下考察甲苯的裂解率及氢气相对含量。对于Fe/SiC催化剂:随着比功率的增加,甲苯裂解率和氢气相对含量均为先增加后降低,当比功率为70W/g时二者达到最大值,分别为86.3%和84.5%;随着铁含量的增加,甲苯裂解率及氢气相对含量均为先增加后保持不变。当铁单质含量为10%时二者达到最大值;甲苯裂解率及氢气相对含量均随空速的增加而减少,而相比甲苯裂解率的下降幅度(19.6%),氢气相对含量下降得更为缓慢(7.9%)。对于Fe/C催化剂:三种工况下甲苯裂解率及裂解气相对含量的变化趋势与Fe/SiC催化剂时相同,但在最佳工况时(比功率300W/g、铁单质含量8%、空速637h-1)Fe/C催化剂的裂解率仅为81.5%,比Fe/SiC催化剂少4.8%;但Fe/C催化剂在试验中不会出现烧结现象,使用寿命比Fe/SiC催化剂长;改变玉米芯焦的制备温度发现,随着制焦温度的升高,甲苯裂解率有明显提升,当制焦温度由500℃上升到700℃时,甲苯裂解率由81.5%增加至86.1%;对制备的玉米芯焦进行酸洗脱灰处理,发现脱灰后甲苯的裂解率及裂解气相对含量明显下降。其次对Fe/SiC催化剂下甲苯裂解反应的过程特性及积炭情况进行分析。反应前5分钟为预热阶段,甲苯不参与反应,从第6分钟正式反应开始至第12分钟,甲苯裂解率及氢气相对含量一直升高,在第10-12分钟二者达到最高值,分别为94.4%和85.8%。随后两者开始下降。通过XRD可检测到反应后催化剂有明显积炭,而通过SEM-EDS及TPO可观察出积炭类型主要为球状炭和丝状炭,利用TG分析可精确测得催化剂的积炭率为2.25%。分别引入水蒸气及二氧化碳对甲苯进行重整反应及消积炭反应,发现当水碳比为0.75时裂解效果最好,裂解率及裂解气相对含量分别为92.8%和89.6%,此时积炭率为0.67%;当CO2与N2的流量比为0.75时效果最好,裂解率及裂解气相对含量分别为90.1%和91.6%,此时积炭率为0.89%。向系统内引入水蒸气或二氧化碳对催化剂进行再生处理,发现随着催化剂使用时间的增加,甲苯裂解率逐渐降低随后保持稳定,最后分别稳定为63.2%和60.6%。