生物質(zhì)催化熱解ZSM-5催化劑的改性研究和性能評價.pdf

1、在能源緊缺、環(huán)境污染嚴重的現(xiàn)代社會，生物質(zhì)作為唯一可轉(zhuǎn)化為液體燃料的含碳清潔無污染可再生能源，近年來備受關(guān)注。生物質(zhì)催化熱解技術(shù)是制備高品質(zhì)生物油和化學(xué)品的極具潛力的技術(shù)之一，但熱解過程中催化劑易結(jié)焦失活造成產(chǎn)物產(chǎn)率及選擇性低下，所以開發(fā)高性能抗積碳催化劑對生物質(zhì)催化熱解技術(shù)至關(guān)重要。本文采用液相化學(xué)沉積(CLD)和酸處理兩種方法對催化劑進行了改性研究，并借助多種表征手段、生物質(zhì)及衍生物催化轉(zhuǎn)化試驗對改性前后催化劑的物相結(jié)構(gòu)和催化性能進

2、行測試，獲得催化劑改性方法中的最優(yōu)改性工藝參數(shù)。
　　通過CLD對ZSM-5催化劑表面進行SiO2沉積，分析了改性前后催化劑物相結(jié)構(gòu)的變化，在小型微反試驗裝置中通過對呋喃催化轉(zhuǎn)化試驗，考察了SiO2沉積量、CLD處理時間、CLD處理溫度及先驅(qū)反應(yīng)物等對產(chǎn)物產(chǎn)率和選擇性的影響，并在Py-GC/MS裝置上進行了改性催化劑作用下松木屑熱裂解試驗研究。結(jié)果表明，ZSM-5催化劑表面沉積SiO2后，骨架結(jié)構(gòu)完整，外表面酸位點鈍化，且SiO2

3、對孔徑具有修飾作用。改性催化劑在呋喃熱解中顯著提高了烯烴、芳香烴的產(chǎn)率以及丙烯和甲苯的選擇性，同時降低了催化劑表面的結(jié)焦率，其中性能最優(yōu)的改性ZSM-5催化劑的制備工藝條件為:以硅烷偶合劑KH550為先驅(qū)反應(yīng)物，SiO2沉積量為4％，CLD處理溫度為20℃，CLD處理時間為6h。在該工況下制備的改性催化劑作用下，呋喃熱解中烯烴和芳香烴的產(chǎn)率由未處理催化劑時的9.8％、18.8％提高到16.5％、24.5％，催化劑表面結(jié)焦率由44.1％降

4、低至26.7％。
　　利用酸處理法對ZSM-5催化劑進行表面脫鋁，分析了脫鋁后催化劑物相結(jié)構(gòu)的變化，研究了酸的種類、酸（氫離子）的濃度、酸處理溫度、酸處理時間對呋喃熱解中產(chǎn)物產(chǎn)率、選擇性和催化劑表面結(jié)焦率的影響。結(jié)果表明，改性后的ZSM-5催化劑骨架結(jié)構(gòu)基本未被破壞，比表面積及孔體積與未處理催化劑保持一致，孔徑略有增大，催化劑外表面硅鋁比明顯升高，酸量下降。改性后催化劑在呋喃熱解中提高了抗結(jié)焦能力，烯烴和芳香烴產(chǎn)率升高，乙烯、丙烯