【摘要】：生物質(zhì)作為當(dāng)今重要的清潔能源,具有很大的發(fā)展?jié)摿?生物質(zhì)熱解過程中產(chǎn)生的焦油往往會(huì)對(duì)傳輸管道、環(huán)境和人體造成巨大的危害,然而生物質(zhì)焦油成分復(fù)雜且難以去除,所以焦油是生物質(zhì)利用的一個(gè)難題。本文提出以生物質(zhì)熱解廢棄物生物炭作為載體,采用溶膠凝膠法制備出納米級(jí)別的Ni-Fe材料,考察其對(duì)焦油模擬物甲苯的催化裂解性能,并以實(shí)際的焦油為對(duì)比,研究其對(duì)二者的催化裂解機(jī)理。原始生物炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu),存在細(xì)頸瓶狀孔和開放型的孔;生物炭比表面積303.47 m~2/g,平均孔徑4.21 nm,具有良好的吸附性能;負(fù)載金屬后,材料的比表面積和孔徑變小,吸附量下降。XRD和XPS分析結(jié)果表明,負(fù)載金屬均勻分散在生物炭載體表面,并以Fe_2O_3,NiO,NiFe_2O_4的形式存在。隨著溫度的升高、負(fù)載量的增加、水蒸汽/生物質(zhì)炭比的提高和氣體停留時(shí)間的增長(zhǎng),甲苯的催化裂解性能逐漸提高并趨于穩(wěn)定,。材料的活性在8h后開始下降�；谝陨蠈�(shí)驗(yàn)得到最優(yōu)的反應(yīng)條件:溫度為800℃、Ni和Fe的負(fù)載量分別為6%、水蒸汽/生物質(zhì)炭比為1、氣體停留時(shí)間為0.5s。此時(shí),甲苯的去除率為96.61%,H_2、CH_4、CO、CO_2的相對(duì)含量為36.45%、0.029%、0.16%、0.05%。在最優(yōu)條件下研究材料對(duì)甲苯的催化裂解過程:甲苯在材料催化裂解作用下生成小分子氣體產(chǎn)物(H_2、CO、CO_2、CH_4)等,同時(shí)在生物炭表面產(chǎn)生積碳。催化裂解后材料的孔徑變小,孔道被灰分和積碳堵塞,吸附量進(jìn)一步下降,并且金屬活性組分被還原為部分Ni和Fe的單質(zhì)。甲苯的催化裂解反應(yīng)和生物炭的水蒸汽氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究證明其分別符合一階整體動(dòng)力學(xué)模型和未反應(yīng)收縮核模型。在最優(yōu)條件下研究材料對(duì)實(shí)際焦油的催化裂解效果和催化裂解過程。在焦油中定性出有機(jī)物86種經(jīng)char,Fe-6/char,Ni-6/char,Ni-6-Fe-6/char催化裂解后有機(jī)物種類分別降為84,83,75,62種。char、Fe-6/char,Ni-6/char和Ni-6-Fe-6/char催化裂解后單芳香烴含量增多,雜環(huán)、輕多環(huán)芳香烴和重多環(huán)芳烴含量減少。焦油分子經(jīng)過材料催化裂解后,焦油中的大分子多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物會(huì)轉(zhuǎn)化為小分子的單環(huán)芳烴。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.1;TQ524
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文（1）生物炭負(fù)載多元納米金屬材料對(duì)甲苯的裂解性能研究：在最佳條件下制備出四種材料，char，Ni/char，F(xiàn)e/char，Ni-Fe/char 并進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征（SEM、BET、XRD、XPS）。采用焦油模擬物甲苯在不同的材料下裂解，對(duì)甲苯去除率和氣體產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)定，研究不同溫度，負(fù)載量，停留時(shí)間，蒸汽加入量，催化時(shí)間對(duì)甲苯的裂解效果，確定最佳的材料及反應(yīng)條件。（2）最佳條件下甲苯的催化裂解機(jī)理研究：利用 SEM、BET、XRD 和 XPS表征手段對(duì)反應(yīng)前后四種材料進(jìn)行具體分析，考察甲苯催化裂解后氣體成分，揭示催化裂解機(jī)理，并研究甲苯的催化重整裂解動(dòng)力學(xué)。并以實(shí)際的焦油作對(duì)比，分析反應(yīng)前后化合物種類及其含量的變化，揭示焦油催化裂解機(jī)理。1.6.3 技術(shù)路線本課題的技術(shù)路線如下圖 1-1 所示：

量計(jì)；3-閥門；4-蒸發(fā)器；5-注射泵；6-管式爐；7-材料；8乙醇的廣口瓶；11-裝有干燥劑的廣口瓶；12-濕式氣體流量控制器圖 2-1 實(shí)驗(yàn)裝置圖與檢測(cè)方法定之后的生物炭氣化率的確定：生物炭材料在經(jīng)催化裂水分反應(yīng)會(huì)造成生物炭重量的減少。反應(yīng)結(jié)束后，待反物炭材料取出，稱取生物炭材料前后的重量，即可得之后甲苯去除率的確定：在反應(yīng)器后連接冷凝器和廣，可將有機(jī)物溶于其中并稱量廣口瓶的重量，稱出收質(zhì)量，然后將得到的結(jié)果相減即可，此重量差可估算

（C）Fe-6/char （D）Ni-6-Fe-6/char圖 3-1 催化劑的 SEM 圖本研究對(duì) char，F(xiàn)e-6/char，Ni-6/char，Ni-6/Fe-6/char 等展開了相應(yīng)的探討并據(jù)此繪制出相應(yīng)的圖。結(jié)果如圖 3-1 所示。從圖中可以看出，生物質(zhì)原料生物炭具有孔隙結(jié)構(gòu)、表面不均勻、孔隙大小和分布不均勻的特點(diǎn)。負(fù)載 Ni、F和 Ni-Fe 金屬后，金屬分散在生物炭表面和生物炭的孔道上。通過相應(yīng)的能譜分析可知，在負(fù)載金屬之前，生物質(zhì)生物炭中的主要元素是 C，此外還有 K 和Ca。這是因?yàn)樯镔|(zhì)生物炭中含有大量的 C，此外還會(huì)有少量 SiO2的存在，這也反映在 XRD 中。Char 改性后，從能譜圖中可以看到分別在 Fe-6/char，Ni-6/char，Ni-6/Fe-6/char 負(fù)載了 Fe、Ni 和 Ni/Fe 金屬。3.2.3 材料的 BET 分析

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本文編號(hào)：2760551