基于催化剂开发的生物油催化重整制氢研究

摘要

在当今世界，化石能源的短缺和对环境问题的迫切关注使得清洁能源的开发成为热点问题。氢气作为清洁能源在工业领域也一直得到安全应用。然而，最经济的工业制氢仍来自于天然气的水汽重整。生物质是唯一可再生并净零碳排放的能源，以其为来源的燃料有望替代化石能源。对来自生物质热裂解的生物油进行催化重整制取氢气，是生物质制取氢气的主要技术之一。
　　本研究主要内容包括：⑴选取乙酸作为模化物开展生物油重整制氢研究，详细比较了 La2O3和γ-Al2O3负载的Ni和Co基催化剂的催化活性。由于La2O3呈现碱性与对CO2的吸附能力，Ni和Co在其上具备更高的H2和CO2选择性。另外，Ni比Co的活性更高，因其对CH4的选择性更低。Ni/La2O3表现出最高的重整活性，其在700℃时将乙酸完全转化，同时氢气产率达到80.9％，并将高活性保持了38小时。⑵采用Ni作为活性金属，催化剂载体为柳桉热裂解的副产物生物炭，针对模拟生物油开展了重整实验。通过活化对生物炭的孔道结构进行改善，发现其经过处理后出现了大量孔隙结构，集中在10 nm以下。制备的Ni/生物炭催化剂在生物油重整中表现出了良好的反应活性，700 oC时氢气产率接近100%。⑶开发了化学组成特殊的准东煤灰作为保护催化剂，将其放置于重整催化剂之前，以抑制其在生物油重整制氢中的失活。在重整反应中，煤灰将生物油大分子初步分解成小分子中间产物如CO与CH4等，其在Ni催化剂上进一步发生重整反应。改进后的反应体系成功地促进了生物油的高效转化与氢气的生成，并将重整催化剂的寿命提高到了8小时，显著抑制了积碳的生成。选取化学组成特殊的昭通煤灰作为催化剂载体，在其上负载活性金属 Ni制备出一种新型的、性能优异且稳定的重整催化剂，用于生物油催化重整制氢实验。在约13 h的实验中，Ni/煤灰表现出了良好的活性与稳定性。在700 oC时，乙酸的转化率达到了95%以上，氢气产率达到了80%以上。⑷对煤灰负载的重整催化剂进行了改良，力争开发高活性与廉价的催化剂。通过比较不同化学组成煤灰的活性差异，碱-碱土金属和铁的作用得到了确认，并选取碳转化率高的准东煤灰，向其添加少量Fe，提高了H2选择性，从而提高了煤灰的活性。并在降低活性金属Ni负载量的情况下，提升了Ni/煤灰催化剂的活性，进一步降低了催化剂成本，在长达10 h内催化剂保持高活性，乙酸转化率达到100%，氢气产率90%。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 生物质能概述

1.2 氢能概述

1.3 生物油提质改性

1.4 生物油催化重整制氢

2 文献综述

2.1 生物油催化重整制氢

2.2 本文结构与研究内容

3 实验方法介绍

3.1 实验装置介绍

3.2 催化剂制备

3.3 催化剂表征

4 La2O3和γ-Al2O3负载催化剂对乙酸的重整制氢活性比较研究

4.1 引言

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

5 基于生物炭载体的生物油典型模化物的重整制氢研究

5.1 引言

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

6 新型煤灰对模拟生物油重整制氢的保护作用研究

6.1 引言

6.2 结果与讨论

6.3 本章小结

7 一种新型煤灰载体对生物油典型模化物的重整制氢研究

7.1 引言

7.2 结果与讨论

7.3 本章小结

8 基于新型煤灰改性后重整催化剂的开发研究

8.1 引言

8.2 结果与讨论

8.3 本章小结

9 全文总结与研究工作展望

9.1 全文总结

9.2 本文的创新之处

9.3 对未来工作的展望

参考文献

作者简历