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介孔Ni/MgO上生物质油转化制氢及反应活性分析

刘守光  
【摘要】:为了研究介孔Ni/MgO催化水蒸气重整商用生物质油制氢的活性以及生物质油转化制氢的微观历程,制备了介孔Ni/MgO催化剂。在固定床反应器上进行了Ni/MgO催化水蒸气重整模拟生物质油、商用生物质油、糠醛制氢反应。利用程序升温脱附(TPD)和程序升温表面反应(TPSR),研究了模拟生物质油在介孔Ni/MgO上的表面反应行为。并利用N2吸附/脱附,XRD,H2-TPR对所制备的催化剂进行了表征。N2吸附/脱附结果表明,所制备的MgO载体和Ni O/MgO前体的平均孔径分别为14.62和15.29 nm,BET比表面积分别为58.60和55.74 m~2/g。XRD结果进一步证明了所制备的样品具有介孔结构。H2-TPR结果表明,在Ni的含量为16.0 wt.%的NiO/MgO前体中,Ni的还原度为16.7%。水蒸气重整糠醛的结果表明,在水碳比S/C=20 mol/mol时,在反应过程中随着反应温度的增加,氢气的产率、氢气的选择性、糠醛的转化率均呈现出逐步升高的趋势。当反应温度提高到600 oC的时候,糠醛的转化率达到最高为94.9%,氢气的产率和选择性分别为83.2%和68.6%。双组分模拟生物质油重整结果表明,加入乙酸或羟基丙酮,提高了氢气产率。水蒸气重整商用生物质油表明,需对购买的商用生物质油进行稀释,避免催化剂积碳堵塞反应器。在600 oC时,随着反应物溶液水碳比的不断提高,氢气的产率和选择性都表现出增加的趋势。在水碳比S/C=20 mol/mol时,生物质油中的主要有机物组分,糠醛、乙酸和羟基丙酮的转化率均高于90%。而氢气的产率和氢气的选择性分别达到81.0%和72.0%,低于水蒸气重整糠醛制氢反应中氢气的产率,这可能是生物质油中的惰性反应物影响了重整制氢的效果。模拟生物质油在Ni基催化剂的表面脱附(TPD)和表面反应(TPSR)结果表明,反应经历了中间产物甲醛HCHO和丙酮CH3COCH3,经历系列的后续反应过程,最终得到H2,以及COx和CH4等副产物。


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