【摘 要】
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生物质作为一种可再生资源,对其的高效利用是缓解能源危机的一种有效手段。生物质热解挥发物制氢是一条技术和经济上可行的制氢途径。本文研究了金属氧化物对生物质热解液相产物催化重整制氢的影响。不同活性金属组成的尖晶石都体现出不同的催化性能。Fe基尖晶石导致金属的分散度低,从而导致尖晶石催化剂的催化效果下降。Al的掺杂能改变催化剂的空间结构,使得活性位点更好地和反应物所接触,进而更充分地反应。同时Ni金属相
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生物质作为一种可再生资源,对其的高效利用是缓解能源危机的一种有效手段。生物质热解挥发物制氢是一条技术和经济上可行的制氢途径。本文研究了金属氧化物对生物质热解液相产物催化重整制氢的影响。不同活性金属组成的尖晶石都体现出不同的催化性能。Fe基尖晶石导致金属的分散度低,从而导致尖晶石催化剂的催化效果下降。Al的掺杂能改变催化剂的空间结构,使得活性位点更好地和反应物所接触,进而更充分地反应。同时Ni金属相对于Co金属表现出更好的产氢率和H2选择性。Ni Al2O4尖晶石更适合于催化重整制氢反应中。通过共沉淀方法并且加入聚乙二醇,Ni的粒径从62.21 nm降低到12.50nm,表面积从47.7 m~2/g提高到114 m~2/g。Cop-PEG-Ni/Al2O3的结构与常规Ni/Al2O3显着不同,即Ni/Al2O3的结构从堆积的颗粒变为针状结构,形成更丰富的孔结构。共沉淀法有助于改善Ni和Al2O3的结合,加入聚乙二醇后效果进一步增强。Cop-PEG-Ni/Al2O3表现出最高转化率和氢气得率,分别达到78.3%和23.1wt.%。该结果表明聚乙二醇是改善催化活性的有效添加剂,这为制备高活性催化剂和获得可再生的H2提供了创新的方法。通过研究不同温度和不同时间活化的Ni Al2O4催化剂在650℃下对愈创木酚的蒸汽重整的反应性能。高还原温度导致Ni颗粒烧结。还原时间对Ni的还原量的影响不明显。但是,由于奥斯特瓦尔德(Ostwald)熟化机理,活化时间越长,Ni颗粒的尺寸差异越明显。在所有样品中,尖晶石在850℃下活化60 min显示出最高的反应活性,愈创木酚转化率为81.7%,H2产率为28.6 wt.%。催化重整愈创木酚反应产生了大量的石墨碳,Ni颗粒的尺寸影响反应中形成的焦炭,从而影响反应的进行。发现大颗粒的Ni在反应后会形成层状积碳,导致催化剂失活,而小颗粒的Ni在反应后倾向于形成丝状积碳,其不影响催化剂的催化活性。对比了化学链催化重整与传统催化重整两种制氢的方式。尖晶石在传统催化重整反应中表现出更好的催化活性和稳定性,愈创木酚转化率达到99.8%,H2产率达到30.2 wt.%。通过在线催化重整实验平台测试金属成分对钙钛矿催化活性的影响。以La作为钙钛矿的A位金属,不仅有利于合成较纯的钙钛矿结构,又能分散活性位点以得到更好的催化效果。Ga和Mn的加入都能提高催化剂抗失活性能。最终筛选出La Ni0.9Mn0.1O3,其表现出最好的催化活性和催化稳定性。研究了气化剂对催化剂活性的影响。H2O氛围下反应后的催化剂Ni与Mn形成尖晶石结构存在,有利于活性位点的负载,活性位点具有很强的分散性。同时H2O的加入除去了反应的大量积碳,解决了催化剂容易失活的难题。
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