块状无负载纳米晶镍材料对松子壳热解生物油催化改性的应用

摘要

块状无负载纳米晶镍材料对松子壳热解生物油催化改性的应用属于生物油改性技术；将块状无负载纳米晶镍材料作为催化剂用于对松子壳热解生物油催化改性应用的方法是：先将纳米晶镍块在去离子水中浸泡，然后用酒精冲洗，通过风机快速吹干后，将其纳米晶镍块置于催化床中，加热，同时将松子壳热解生物油泵入催化床内，受热气化，随载气通过催化床层进入冷凝装置内冷凝收集，得到松子壳热解生物油的改性生物油；本发明开创了纳米晶镍材料在生物油技术领域中的新用途，且所用纳米晶镍材料催化剂易得，使用方便，催化反应温和，催化剂性质稳定，可长时间使用，催化剂催化活性高，生物油改性效果好。

说明书

技术领域

本发明属于生物油改性技术，主要涉及一种采用块状无负载纳米晶镍材料对 松子壳热解生物油催化改性应用及方法。

背景技术

生物油是生物质资源的重要利用形式之一，因为便于运输、利于储藏和能量 密度高等特点，具有很好的开发潜力。但是其本身含氧量高、粘度大和稳定性差 等特性则影响了其进一步利用。生物油的主要物理特性：水分含量较高(平均可 达到40％)，pH值较低，黏度变化范围较大，并且油品中因含氧量很高而极不稳 定。目前改性处理是提高生物油品质较为有效的方式之一，加氢脱氧也成为生物 油改性的主要目标。

现阶段生物油催化改性多使用沸石分子筛催化剂，然而沸石催化剂存在容易 积碳，催化性能不稳定等问题，而其他传统催化剂在生物油改性方面也表现出催 化活性较低，催化效果较差的缺点。因此开发一种催化性能高，使用寿命长的优 质催化剂具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，研发出采用块状无负载纳 米晶镍材料对松子壳热解生物油催化改性应用及方法。达到催化剂活性较高、催 化效果好、催化性能稳定、使用寿命长、催化方法简单易行的目的。

本发明的目的是这样实现的：

块状无负载纳米晶镍材料做为催化剂用于对松子壳热解生物油催化改性。

上述块状纳米晶镍材料对松子壳热解生物油催化改性的方法是：

(1)先将表面粒径为16-89nm的纳米晶镍块在去离子水水中浸泡2.5-3h，然 后用酒精度为95％以上的酒精冲洗3次，通过风机在30s的时间内快速吹干；

(2)将步骤1中得到的纳米晶镍块置于催化床层中，温度控制在300-400℃， 采用注射泵将松子壳热解生物油泵入到催化床内，质量空速为3-4h^-1，松子壳热 解生物油受热气化，随载气通过催化床层进入冷凝装置内冷凝，收集，得到松子 壳热解生物油的改性生物油。

本发明采用现有的块状纳米晶镍材料做为松子壳热解生物油改性催化剂，开 创了纳米晶镍材料在生物油技术领域中的新用途，且纳米晶镍材料催化剂易得， 使用方便，催化反应温和，催化剂性质稳定，可长时间使用，催化剂催化活性高， 热解生物油改性效果好。

附图说明

图1热解生物油改性前后恶性组分变化

图2热解生物油改性前后良性组分变化

图3(a)是块状纳米晶镍催化热解生物油模拟物甲苯寿命试验

图3(b)是块状纳米晶镍催化热解生物油模拟物愈创木酚寿命试验

图4催化反应前后纳米晶镍1000倍SEM图

图5催化反应前后纳米晶镍2000倍SEM图

具体实施方式

下面对本发明实施方案进行详细描述。

纳米晶镍块的制取：称取试剂硫酸镍280g，氯化镍27g，硼酸35g，糖精0.1-1g， 溶于1L去离子水中得到改良watts镀液备用；将低碳钢板在离子水中浸泡3h， 再用95％的乙醇溶液反复冲洗3次，然后浸渍于已配好的warrs镀液中，在反应 温度为50℃，电流密度为2.5A/dm²，pH为5.0的条件下，采用直流电沉积的方 法电镀12h，电镀完成后通过整体剥离的方法将镀层从低碳钢板上脱离下来，得 到表面粒径为16-89nm的纳米晶镍块。

将块状无负载纳米晶镍材料作为催化剂用于对松子壳热解生物油催化改性。

所述纳米晶镍材料对松子壳热解生物油催化改性方法是：

(1)先将表面粒径为21nm的纳米晶镍块在去离子水水中浸泡3h，然后用酒 精度为95％以上的酒精冲洗3次，通过风机在30s的时间内快速吹干；

(2)将步骤1中得到的纳米晶镍块置于催化床层中，温度控制在400℃，采用 注射泵将松子壳热解生物油泵入到催化床内，质量空速为4h^-1，松子壳热解生物 油受热气化，随载气通过催化床层进入冷凝装置内冷凝，收集，得到松子壳热解 生物油的改性生物油。

改性结果如表1所示，其中改性后得率上升5％，而生物油黏度下降约11 倍，而pH值上升到5.2，表明热解生物油酸性大幅减弱，而热值上升约38％。 由此可以看出热解生物油的性质得到很大程度的改善。

表1改性生物油性质变化

本发明技术效果：

图1中显示，在经块状纳米晶镍催化后，热解生物油中的重质有机物和含氮化合 物分别下降约15％和10％，其他恶性组分也略有下降。同时图2中反应出，经 块状纳米晶镍催化后，热解生物油中的酚类，呋喃和醇类平均提高4％，而脂肪 烃和单环芳香烃则平均提高5％，因此在纳米晶镍催化后可有效降低热解生物油 中的恶性组分，同时提高良性组分的含量，并且将生物油中复杂的成分更多向小 分子有机物转化，这样不仅提高了生物油的稳定性，同时为后续利用提供了便利。

图3中可以看出，针对两种热解生物油模拟物，块状纳米晶镍均表现出良好的催 化效果以及很好的催化稳定性，并且在12h的催化寿命试验后仍保持稳定的催化 活性，因此该催化剂可长期使用。

图4和图5分别表示了不同放大倍数下的块状纳米晶镍12h催化后的表面变化情 况，可以看出在催化过后，并无明显的积碳存在，通过差重法测得在12h反应后 块状纳米晶镍积碳量仅为0.5％左右，纳米结构也为催化剂提供了极强的抗积碳 能力。