納米鎳基催化劑的制備及其對城市生活垃圾裂解氣化制氫的催化性能研究.pdf

1、化石能源的大量使用產(chǎn)生了嚴(yán)峻的環(huán)境問題，嚴(yán)重威脅著人類的健康和生存。能源危機與環(huán)境污染的雙重壓力迫使人們重新認(rèn)識到需要尋找可再生能源，以逐步替代化石燃料，緩解能源短缺和環(huán)境污染。目前，城市生活垃圾排放量的快速增長帶來了新的環(huán)境問題。而城市生活垃圾中的各種廚余、紙張、織物、樹枝和塑料等有機組分可以實現(xiàn)廢物—能量的轉(zhuǎn)化，不僅可以減輕能源和環(huán)境的雙重壓力，減少化石燃料的使用，還能對城市生活垃圾進行資源化利用。
　　 城市生活垃圾裂解氣

2、化處理過程中，存在產(chǎn)氫率低、氣化效率不高和大量焦油出現(xiàn)的問題，要解決這些問題，主要依靠高效催化劑進行催化裂解氣化，提高反應(yīng)速率，降低反應(yīng)溫度，以及去除焦油等。本文進行了納米鎳基催化劑的制備及其對城市生活垃圾裂解氣化的催化性能研究：
　　 首先，以Ni(NO3)2·6H2O和氨水為原料，采用配位均勻沉淀法制備納米NiO前驅(qū)體，對前驅(qū)體制備過程中的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、用水量及鎳氨比等影響因素進行了深入的探討。利用XRD，F(xiàn)TIR和T

3、G/DTA對前驅(qū)體進行表征。表征結(jié)果表明，前驅(qū)體為高純度的六方體晶相的納米β-Ni(OH)2。和非納米Ni(OH)2相比，納米Ni(OH)2的δ(OH)峰都發(fā)生了一定的紅移，而υ(Ni－O)峰都發(fā)生了一定的藍(lán)移。對制備的納米NiO進行XRD，F(xiàn)TIR，SEM和TEM表征，結(jié)果表明，產(chǎn)物為標(biāo)準(zhǔn)面心立方相納米NiO。隨著前驅(qū)體煅燒溫度的升高和煅燒時間的增加，制備的納米NiO平均粒徑明顯變大，晶格畸變率變小。通過控制沉淀條件可以制備出不同形貌

4、和粒徑的納米NiO，制備的球狀納米NiO粒徑為20－25 nm；棒狀納米NiO直徑約為5 nm，長度為30－50 nm，不同NiO納米棒的晶面間距都約為0.24 nm，沿[111]方向生長。
　　 然后，以Ni(NO3)2·6H2O和(NH4)2C2O4·H2O為原料，采用超聲化學(xué)沉淀法制備出氧化鎳前驅(qū)體，XRD圖譜表明前驅(qū)體為NiC2O4·2H2O，F(xiàn)TIR譜圖分析進一步驗證得到的前驅(qū)體是NiC2O4·2H2O。TEM表征結(jié)果

5、說明Nano-NiO顆粒有輕微的團聚，平均粒徑在70 nm左右。而且隨著反應(yīng)物(NH4)2C2O4和Ni(NO3)2·6H2O物質(zhì)的量的比值增至0.3后，制備的粉末產(chǎn)品出現(xiàn)了Ni單質(zhì)。此外，為了比較納米NiO和非納米NiO的物理化學(xué)性質(zhì)差異，采用直接煅燒法制備出平均粒徑為0.6 μm的近似立方體形的大顆粒NiO。同時，利用熱重/差熱分析法比較納米NiO和大顆粒NiO的催化活性，納米NiO較大顆粒NiO具有較好的催化活性，更能促進城市生活

6、垃圾中樹枝組分的裂解。在探討樹枝組分的催化裂解特性的基礎(chǔ)上，提出了樹枝的裂解動力學(xué)模型。
　　 同樣，采用配位均勻沉淀法在氧化鋁載體上負(fù)載納米NiO，制備出負(fù)載型納米NiO/Al2O3催化劑，載體上均勻負(fù)載的NiO涂層厚度約為8－500 μm，由NiO納米片組成，NiO納米片直立向上相互交錯生長，厚度40 nm－3 μm。SEM表征證實涂層由不同形貌和尺寸的NiO納米片組成，利用XRD，F(xiàn)TIR和SEM對納米NiO/Al2O3催

7、化劑進行全面的分析和表征，結(jié)果表明，制備過程中的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、用水量及鎳氨比等影響因素對載體表面上負(fù)載的NiO納米片的形貌和尺寸影響很大。
　　 然后，將制備的負(fù)載型納米NiO/Al2O3催化劑用于城市生活垃圾裂解氣化，以評估其催化活性，并和煅燒白云石催化活性進行比較，實驗結(jié)果表明，兩者就去除焦油和提高H2產(chǎn)率而言，負(fù)載型納米NiO/Al2O3催化劑的催化活性優(yōu)于煅燒白云石。同時，在添加煅燒白云石和負(fù)載型納米NiO/Al2

8、O3催化劑的條件下，研究城市生活垃圾裂解和氣化特性發(fā)現(xiàn)，溫度和升溫速率對垃圾催化裂解影響非常顯著，高溫和快速加熱能降低催化裂解過程中焦油產(chǎn)率，提高H2產(chǎn)率；在城市生活垃圾催化氣化過程中，高溫和高S/M值（水蒸氣垃圾質(zhì)量比）有利于降低催化氣化過程中焦油產(chǎn)率，提高H2產(chǎn)率。在添加煅燒白云石的條件下，對比垃圾催化氣化產(chǎn)氣各組分含量和由GasEq model軟件的計算結(jié)果表明，垃圾催化氣化產(chǎn)氣達(dá)到了熱力學(xué)平衡，擬合的垃圾催化氣化動力學(xué)可以很好的