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日益突出的能源短缺和环境问题迫使人们加快了开发新能源的步伐。 新能源相对清洁且具有可再生性,是世界各国都在积极寻求的资源。生物质催化制氢是当前可再生能源研究的热点问题之一。由于生物质裂解气化过程中产生大量焦油,堵塞管道,污染环境并影响可燃气产率,因此,寻求高效价廉的催化剂,对生物质的高效气化具有十分重要的意义。相关研究表明,镍基催化剂能使焦油在较低温度下分解,对焦油去除率达99%以上,催化效果优于煅烧白云石及其他催化剂。
氧化铝是最常见的工业催化剂载体,但其生产成本较高,价格昂贵。如何开发价格低廉的催化剂载体,是一项有意义的课题。赤泥是制铝生产过程中产生的废物,产量巨大且污染环境。近些年,已广泛开展了赤泥资源化应用的研究,如赤泥用作楼房建筑材料添加剂、金属复原、气体净化和废水处理等,展示了良好的应用前景。基于具有比表面积大,抗烧结能力强,不易中毒等性质,很适宜做催化剂载体,本文进行了以赤泥为载体的镍基催化剂的制备和应用研究。
首先,以赤泥、黏土、碳酸钙和去离子水等为原料,参照水泥胶砂强度法测其抗压强度。用成球机造粒,制备出催化剂载体。对不同物料配比、不同煅烧条件等影响因素进行了探讨。用XRD、FTIR、TG/DTA和比表面积仪等对载体进行表征,其抗压强度、比表面积和孔隙率等均符合催化剂载体的性能指标。
然后,以Ni(NO3)2·6H2O和尿素为原料,采用均匀沉淀法制备纳米氧化镍,探讨了氧化镍制备过程中,氨镍比、反应温度和反应时间对前躯体的产率和平均粒径的影响,且当氨镍比为6、反应时间2h、反应温度110°C为本实验工况下的最优条件。对前躯体及产物进行XRD,TEM、TG/DTA表征,结果表明,该前躯体为高纯度的六方晶体相β-Ni(OH)2,煅烧后的产物为标准面心立方相氧化镍,其平均粒径约为12nm;实验工况下,最佳煅烧时间为1h,最佳煅烧温度为400°C,制备的氧化镍分散性较好,且颗粒为直径约5nm、长度5-30nm的纳米棒。
同时对不同原料配比的赤泥催化剂载体的负载特性进行研究。采用沉积-沉淀法,以 Ni(NO3)2·6H2O和尿素为原料进行反应,用XRD、SEM和XRF等对其进行表征,结果表明,在抗压强度、热稳定性相同的情况下,赤泥黏土碳酸钙以适当配比制成的催化剂载体负载的NiO含量高且分散均匀,效果较好。
最后,将以赤泥为载体的镍基催化剂用于城市生活垃圾裂解气化研究,并与负载型NiO/Al2O3催化剂、煅烧白云石的催化活性进行比较。发现NiO/赤泥催化剂在去除焦油、提高氢气和总气体产率方面优于其他两种催化剂。