生物质具有产量大、可储存、易于运输、可再生以及可转化为液体和气体燃料等优点,是极具潜力的化石燃料替代资源。生物质气化/热解技术是一种生物质能高效利用的途径,通过该技术可以将生物质能转化为生物油、可燃气体和生物质炭。但在该过程中,气相产物里焦油的存在不仅会堵塞和腐蚀管道,影响设备正常运行,还会造成能源浪费和环境污染。本文利用自行搭建的两段式热解-催化反应系统,采用催化裂解法(生物质炭及其负载金属作为催化剂)和部分氧化法结合,显著降低了可燃气中焦油含量,并提高了生物质能资源利用效率。同时,还发现活性炭负载镍催化剂能够显著促进碳纳米管的生长,进而以废轮胎热解蒸汽作为碳纳米管生长的碳源,进行了碳纳米管制备的研究。本文开展的工作具体如下:(1)利用生物质炭作为催化剂,结合部分氧化法,在不同温度和空气添加量条件下研究了催化裂解和部分氧化对焦油转化率、合成气成分和合成气低位热值的影响。结果表明,催化裂解法和部分氧化法对焦油的转化都有明显的效果,但两种方法结合时表现出更高的焦油转化性能;催化床温度为900℃时,两种方法结合时焦油转化率高达95.95%。(2)以生物质炭为催化剂载体,利用浸渍法制备了五种催化剂(Ce-char、Ni-char、Fe-char、K-char和Ca-char),研究了部分氧化和生物质炭负载催化剂(M-char)对焦油转化率、合成气成分和焦油成分的影响。结果表明,M-char对焦油催化转化的活性大小顺序为:Ce-char>Ni-char>Fe-char>K-char>Ca-char;Ce-char作催化剂时,焦油转化效率为99.28%。(3)为解决催化剂积碳问题,制备了以活性炭(AC)和γ-A1203为催化剂载体,Fe、Co、Ni为活性组分的六种催化剂,并评估了这些催化剂对轮胎热解-催化转化制备氢气和碳纳米管的催化性能。结果表明,在制氢和碳纳米管方面,活性炭负载催化剂的催化性能优于γ-A12O3负载的催化剂;对于同种催化剂载体,Ni基催化剂表现出了更好的催化性能,其次是Fe基和Co基催化剂。六种催化剂中,Ni/AC催化性能最佳,获得最高的产氢量(59.55%)和碳纳米管产量。