复合膨润土基泡沫陶瓷催化裂解生物质焦油中萘试验研究

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高效降解生物质焦油是生物质气化领域亟待解决的问题,催化裂解技术能够有效提升生物质焦油的降解效率,受到国内外学者的广泛关注。多环芳香烃化合物是生物质焦油中较难去除的有机成分,针对此类化合物的降解问题,本试验选取萘作为生物质焦油中多环芳香烃的模型化合物。考虑到膨润土的强吸附性能和高比表面积特性,以膨润土作为陶瓷基底,探讨膨润土基泡沫陶瓷负载不同金属氧化物(NiO、Fe2O3、Fe3O4)后的物理化学特性,考查不同温度条件下膨润土基泡沫陶瓷对生物质焦油的催化裂解规律及产物特征,深入分析了金属氧化物在催化过程中的演变规律。具体如下:(1)采用两段式热解反应器对膨润土基泡沫陶瓷的催化裂解性能进行了探究。在膨润土基泡沫陶瓷催化下,气相产物产率得到显著提升,在850℃时,气相产物产率由无催化时的13.07%提升至48.09%,提升了35.02%。利用GC-MS检测发现降解产物中的主要成分为轻芳香烃化合物和轻多环芳香烃化合物,其中萘裂解率达到24.45%。(2)通过负载NiO、Fe2O3、Fe3O4制备复合泡沫陶瓷,探究膨润土基复合泡沫陶瓷的催化性能。其中负载NiO得到的效果最佳,在850℃可以提升45.89%的气相产物产率,而负载Fe2O3与Fe3O4后分别提升25.80%与21.33%。利用GC-MS检测发现NiO、Fe2O3、Fe3O4复合泡沫陶瓷催化下,萘裂解率分别达到88.35%、41.93%、71.29%。但是在850℃下的重复使用试验中,NiO复合泡沫陶瓷的气相产物产率从第一次的93.63%降至第四次的50.12%,降低了43.51%。(3)通过重复使用试验、EDS分析和SEM表征发现,在引入铁氧化物作为金属助剂之后,NiO复合泡沫陶瓷的抗积碳和抗烧结能力得到有效提升。在850℃经过四次重复使用后,Ni-Fe2O3复合泡沫陶瓷的气相产物产率降低了20.29%,而Ni-Fe3O4复合泡沫陶瓷的气相产物产率降低了17.98%。在GC-MS测试中发现,Ni-Fe2O3复合泡沫陶瓷与Ni-Fe3O4复合泡沫陶瓷催化下,萘的裂解率均达到了100%。综上所述,本文以膨润土基泡沫陶瓷为催化剂负载体分别负载单金属氧化物及双金属氧化物,获得了不同催化剂对生物质焦油模型化合物的催化效果,为生物质焦油的催化裂解提供了一定的理论支持,对实际生产过程中催化剂的制备与选择具有一定的指导意义。
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