高分散Ni-Co/C催化剂的制备及催化重整玉米芯挥发分的研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:crowboy2000
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焦油的低温脱除是生物质气化工业化利用亟待突破的关键技术之一。以改性褐煤焦为碳前驱体通过离子交换法制备Ni/C催化剂被证明是焦油低温气化高效廉价的催化剂,但稳定性较差限制了它的大规模应用。本论文以褐煤为前驱体通过引入助金属Co制备了一系列高分散的Ni-Co/C双金属催化剂。使用两段式下坠床石英反应器对玉米芯热解挥发分的低温(450 oC)重整进行探究,以甲苯为模型化合物进行水蒸气重整实验探究双金属催化剂的协同作用机理,为生物质低温催化气化制备合成气和富氢气体工艺的开发提供了理论依据和技术支持。本文先用HCl对胜利褐煤(SL)进行改性处理,通过离子交换将Ni负载到酸洗褐煤(AWSL)上;然后用浸渍法引入不同含量的助金属Co,经碳化制备了一系列Ni-Co/AWSL催化剂。运用XRD、XPS、H2-TPR、SEM和TEM等对Ni-Co/AWSL进行表征,并与离子交换法制备的单金属Ni/AWSL和Co/AWSL催化剂进行对比,探究Ni和Co的赋存状态。Co的引入不仅保留了原催化剂的高表面积和孔道特性,同时提高了负载金属的分散性和还原性,改善了金属的电子性能。在生物质催化气化实验中,助金属Co显著提高了催化剂低温重整玉米芯挥发分的活性和稳定性,其中催化剂Ni-10%Co/AWSL在450 oC下实现了热解焦油的完全脱除,H2和总气体产率分别达到36.3和57.6 mmol/g。连续7次实验循环后,总气体产率依然为45.7 mmol/g,且(H2+CO+4CH4)的生成速率仍高达570.5 mmol/min/g。在甲苯水蒸气重整中,Ni-10%Co/AWSL在550 oC,Ar流速为100 mL/min的条件下连续运行15 h后,甲苯的转化率仅从初始的95%降为80%,稳定性明显优于其他反应条件和催化剂。此外,气体组分和反应后催化剂的表征分析结果表明,助金属Co不仅提高了气体产物中H2的选择性(63%),同时增强了催化剂的抗积碳性能。对Ni-Co双金属催化剂反应机理的探讨揭示了金属Ni和Co之间的协同作用导致了活性位点的增强、抗积碳性能的提高和对水煤气(变换)反应的增强,从而提高了催化剂的活性和稳定性,优化了气体产物的组成结构。该论文有图45幅,表格10个,参考文献118篇。
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