鎳基凹凸棒石催化劑催化蒸汽重整生物油模型物制氫研究.pdf

1、生物質能源的高效利用是緩解生態(tài)和能源危機的有效手段之一，是環(huán)境工程和可再生能源領域重要研究課題。生物油催化蒸汽重整制氫，不僅可以提高生物質能源的利用效率，還可以解決傳統(tǒng)方法制氫不可再生性的難題。鎳基催化劑由于其價格低廉、且對生物油分子中的C-C鍵表現(xiàn)了較強的斷裂能力以及較高氫氣選擇性，被廣泛應用于生物油及其模型物催化重整制氫中，但是Ni基催化劑在生物油重整制氫中易發(fā)生燒結和積炭，導致催化劑失活。本文選用天然的、具有中空纖維納米結構的凹凸

2、棒石(ATP)作為載體，負載Ni基活性組分，利用化學沉淀法將改性因子(Mg和Ce)和活性金屬(Co、Cu、Zn和Fe)引入Ni基凹凸棒石催化劑中，調節(jié)催化劑的微觀結構，提高生物油重整制氫過程中催化劑的穩(wěn)定性以及H12選擇性。結合N2吸附脫附、SEM、TEM、H2-TPR、NH3-TPD和FTIR等現(xiàn)代儀器分析技術表征催化劑的晶體結構、金屬-載體相互作用強度、酸性以及活性金屬分散度等物理化學性質，明晰催化劑微觀結構對生物油模型物蒸汽重整制

3、氫活性、穩(wěn)定性和產物選擇性的影響機制。主要的研究內容和結論如下:
　　(1)利用不同的制備方法制備一系列Ni/ATP催化劑，采用不同表征分析手段研究了催化劑的微結構、晶體特征、金屬-載體相互作用以及金屬分散度等，探討了構建的鎳基凹凸棒石催化劑抗積炭和抗燒結的機理和制氫反應規(guī)律。結果發(fā)現(xiàn)沉淀法制備的Ni/ATP催化劑具有最小的顆粒尺寸13nm和最高的金屬分散度7.5％，因此在650℃、S/C比為3和4h的重整反應中表現(xiàn)出較高的乙酸轉

4、化率(～85％，略低于浸漬法制備的Ni/ATP催化劑和最高的H2產率(～82％)。
　　(2)針對催化劑易積炭的缺點，提出向鎳基凹凸棒石Mg的方法，實現(xiàn)了調節(jié)Ni基凹凸棒石催化劑表面酸性、提高活性金屬Ni的分散、增加金屬-載體相互作用力，制備了高抗積炭性能的Ni/10Mg-ATP催化劑。在S/C=1.5、T=700℃和GHSV=19310h-1的條件下，Ni/10Mg-ATP催化劑實現(xiàn)了100％的乙醇轉化率、最高的H2產率(96.

5、7％)和最高的穩(wěn)定性，并且表現(xiàn)出了最低的積炭速率6.1mg(gcat·h)-1。
　　(3)針對催化劑易燒結的特性，制備了活性金屬（Fe、Co、Cu和Zn）改性的鎳基凹凸棒石催化劑，增強了活性金屬Ni的抗燒結能力，提高了生物油模型物催化蒸汽重整制氫的產率和穩(wěn)定性。其中Ni-Cu/ATP雙金屬催化劑具有最高的還原程度，因而在重整模型物甘油制氫過程中表現(xiàn)出最高的催化活性，即在水/甘油摩爾比(W/G)為9、GHSV=9619h-1和T=