生物质供氢液化催化剂的制备与性能研究

摘要

近年来，能源的枯竭与环境的破坏是全世界都在面临和关注的问题，而生物质能源的利用是解决该问题的有效途径之一。生物质能源因其可再生性、生产过程的清洁性将在未来能源结构中占有重要地位，但如何实现其高效液化和下游清洁化加工，是生物质能源面临的最重大的挑战。在生物质的液化工艺中，催化剂起到举足轻重的作用，并且供氢剂在生物质液化方面的研究也日益深入，但是，将供氢剂和催化剂同时运用于生物质液化反应体系的研究较少，且二者之间的协同作用机理也鲜有研究。 本课题在前期生物质供氢减粘技术的基础上，引入新型催化液化技术，创新性地将供氢液化与催化液化工艺耦合在一起。首先，以木屑作为原料，乙醇作为溶剂，考察优化了生物质供氢液化的反应条件，实验结果表明，当木屑和乙醇的配比为10g:80ml、供氢剂含量为原料的25%、反应时间为30min、反应温度为340℃时，液相产率达到48%。 在此基础上，实验进一步考察了催化剂的载体种类、金属助剂种类、活性组分和助剂负载比例、催化剂投加比例等对生物质的液化收率与液化产品质量的影响，筛选出液化效果最佳的催化剂体系。实验结果表明：以活性炭(AC)和γ-Al2O3两种材料为催化剂载体，Ni为活性组分，Ni最优负载量为10%和8%，采用双金属同次浸渍法，助剂负载比例分别为2.5%Co和2%Ag，优化后的两组催化剂体系液化产率分别能达到57%和51%。 论文采用BET、XRD、SEM、XPS、GC-MS等现代物理化学手段对催化剂结构、液化产品组成分布进行了表征分析。研究了供氢剂、催化剂对生物质液化反应规律的影响。研究表明，供氢剂与催化剂的协同作用有效提高了生物质的液相产物的产率，研究结果为生物质能源的开发和利用提供了进一步研究的基础。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 生物质的特点及应用

1.2.1 生物质的基本组成及性质

1.2.2 生物质资源开发利用现状和前景

1.2.3 生物质的转化技术

1.3 生物质供氢液化技术的提出和反应机理

1.3.1 生物质液化技术简介

1.3.2 生物质加氢液化技术

1.3.3 生物质供氢液化技术

1.3.4 生物质供氢液化的反应机理

1.4 负载型催化剂在生物质液化技术中的应用

1.4.1 生物质液化催化剂的种类

1.4.2 负载型催化剂在催化热解过程中的应用

1.5 本论文的选题背景、研究内容及意义

1.5.1 选题背景

1.5.2 研究内容及意义

第二章 实验部分

2.1 实验试剂

2.2 实验仪器

2.3 生物质原料

2.4 实验方法

2.5 产率计算方法和产物分析方法

2.5.1 产率计算方法

2.5.2 产物热值计算

2.5.3 产物分离方法

2.5.4 产物分析方法

2.6 催化剂表征

2.6.1 扫描电镜

2.6.2 X射线衍射

2.6.3 样品的比表面和孔结构

2.6.4 X射线荧光光谱分析

第三章 生物质供氢液化条件探索

3.1 前言

3.2 木屑与乙醇比例对生物质液化产率的影响

3.3 不同种类的供氢剂对生物质液化产率的影响

3.4 供氢剂加入量对生物质液化产率的影响

3.5 反应温度对生物质液化产率的影响

3.6 反应停留时间对生物质液化产率的影响

3.7 本章小结

第四章 负载型催化剂的制备与表征

4.1 前言

4.2 催化剂载体的筛选

4.3 Ni负载量对生物质液化产率的影响

4.4金属助剂的考察

4.4.1γ-Al2O3为载体时助剂的筛选

4.4.2 AC为载体时助剂的筛选

4.4.3 助剂添加比例对生物质液化的影响

4.5 催化剂投加比例的考察

4.6 负载型催化剂制备方法优化

4.6.1 单金属负载催化剂浸渍次数的考察

4.6.2 负载催化剂浸渍方式的考察

4.7 负载型生物质供氢液化催化剂的表征

4.7.1 XRD和XRF分析

4.7.2 SEM分析

4.7.3 BET和表面酸性位酸强度

4.8 活性炭的预处理对生物质液化产率的影响

4.8.1 预处理AC的液化结果与讨论

4.8.2 预处理AC与未处理AC的XRF分析

4.8.3 预处理AC与未处理AC的XRD分析

4.8.4 预处理AC与未处理AC的SEM分析

4.8.5 预处理AC与未处理AC的BET分析

4.9 本章小结

第五章 生物质供氢催化液化机理的探究

5.1生物质供氢液相产物分析

5.2 热解油元素分析和热值计算

5.3 催化剂活性金属组分价态对生物质液化产率的影响

5.3.1 负载型催化剂还原前后催化效果比较

5.4 负载型催化剂还原前后表征分析

5.4.1 负载型催化剂还原前后XRD、XRF分析

5.4.2 负载型催化剂还原前后XPS分析

5.4.3 负载型催化剂还原前后BET分析

5.4.4 负载型催化剂还原前后SEM分析

5.5 供氢剂和催化剂对生物质液化反应的影响

5.6 生物质供氢催化液化机理探讨

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间取得的成果

致谢