氢是一种理想的能量载体,但工业上大部分的氢都是以化石燃料为原料生产的。化石燃料是不可再生能源,其使用过程中存在着严重的环境污染。将生物质热解成体积能和密度较高的生物油,以及生物油水蒸气重整工艺被认为是目前制氢的可行途径。生物油是由木质纤维素生物质中的纤维素、半纤维素和木质素裂解而得的可凝结挥发物组成,其中通常含有一系列含氧物质,如糖单体/寡聚体、糖衍生物（如羧酸、醛酮）和木质素衍生的酚类单体/寡聚物。这些分子结构各异的有机物在重整反应过程中通常会发生不同程度的结焦,导致催化剂的失活和反应器床层堵塞。因此,为解决这一问题,需要从根本上了解积碳形成的机理以及积碳的性质,本论文从这一角度出发,选择生物油中具有代表性结构和官能团的有机物作为模型化合物进行了水蒸气重整反应的研究,主要的结论如下:1.以葡萄糖、木糖、乙酸和糠醇（FA）为原料,对其进行水蒸气重整,探讨其结焦行为与分子结构之间的关系。结果显示,乙酸作为一种脂肪族小分子,可以有效地转化,生成的积碳量最低。糖中的羰基官能团、多羟基以及糠醇中的呋喃环使聚合/裂解生成积碳成为其水蒸气重整的主要反应路线,产氢量降低,催化剂迅速失活。乙酸和糠醇生成的积碳的芳香性较强,表面含有较多的C=C基团;葡萄糖和木糖生成的积碳中脂肪族结构较多,含有较多的羰基官能团,反映了原料的结构特征。2.通过对葡萄糖、果糖和山梨醇进行水蒸气重整,以阐明这些官能团在焦炭形成过程中的作用。结果表明,山梨醇的水蒸气重整产氢量多,积碳量少,而葡萄糖和果糖的重整产氢量少,积碳量多。羰基官能团是导致焦化现象严重的主要原因,而不是多羟基。山梨醇反应产生的积碳以催化焦为主,具有较高的C/H和较多缺陷的大芳香环,热稳定性好,抗氧化能力强,结晶度高,这与葡萄糖和果糖水蒸气重整产生的积碳不同。糖的官能团决定了积碳的性质。3.以分别含有羰基、多羟基和呋喃环结构的木糖、木糖醇和糠醛为原料,对积碳的结构和性质进行了研究。结果表明,木糖在水蒸气重整过程中迅速聚合,初步形成具有π-共轭的有机聚合物和大量的无定形、脂肪族、热不稳定的积碳,其中含有丰富的烯烃C=C和-OH。C=O是木糖重整结焦严重的主要原因。木糖醇不含C=O,其水蒸气重整产生的积碳较少,糠醛的蒸汽重整也产生了大量具有芳环结构的积碳,由于积碳中保留了呋喃环状结构,热稳定性高,抗氧化性强。反应物的官能团决定了积碳的热力学性质和形貌。4.生物油中的小分子有机物不能通过加氢处理有效地转化为长脂肪链或长芳烃环的烃类,但可以通过水蒸气重整生成氢进行加氢处理。在本研究中,在Ni/Al2O3催化剂上,在400-600℃条件下进行纤维素的热解与小分子挥发物的水蒸气重整,这被称为热解重整过程,同时生产氢和重有机物。结果表明,600℃时,小挥发物的有效重整成为主导。低温形成的积碳主要为脂肪族聚合积碳,热稳定性低,碳结晶度低,氧化反应活性高,亲水性好。当温度从400℃升高到600℃时,积碳的产率降低,并通过促进积碳前驱体的气化抑制了聚合焦的生成。同时高温促进了积碳中缺陷环结构的生成。