摘要
本文目的为合成Ni-Co双金属催化剂，在亚临界水中催化气化农业木质纤维素废弃物（如水稻秸秆、棉花秸秆和花生壳）为气体燃料。在水热气化中，Ni/A12O3由于制备成本低且催化气化活性高，而被选为催化剂。本研究进一步在Ni/Al2O3中加入Co形成了Ni-Co合金，以提高气化效率。 首先，选择纤维素作为农业木质纤维素废弃物的模型化合物用于气化基础研究。对于Ni基催化剂，催化活性根据载体来排序依次为Al2O3、废白土(SBC)灰、SiO2，对应的H2产率分别为80.6％，69.0％和57.0％。在350℃条件下进行纤维素水热气化时，以Al2O3作为载体制备的Ni基催化剂具有最高的催化活性，H2产率和气化效率分别为80.6％和81.9％。对于10Ni/Al2O3催化剂，Co的加入极大提高了催化剂的催化性能，当加入6wt.％Co时，H2产率达到最大值，为88.4％，是10Ni/Al2O3催化剂H2产率的1.44倍。此外，10Ni-6Co/Al2O3作为催化剂，对原料用量和滞留时间等影响因素进行系统研究，结果表明在0.5g纤维素用量及20min滞留时间的条件下，得到最优的气化效果，H2产率达到94.9％。循环实验中，10Ni-6Co/Al2O3催化剂循环使用一次时，其H2产率为62.6％仍然高于不加入Co的新鲜10Ni/Al2O3的H2产率(61.2％)。 其次，通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、N2-吸附脱附与CHNS元素分析对催化剂进行系统表征和分析，发现Ni基催化剂的气化性能是与催化剂的酸值与比表面积呈正相关。其中20Ni/Al2O3表现出最高的酸值和比表面积，分别为468.6μmol/g和175.39m2/g。通过Co对10Ni/Al2O3催化剂进行改性，可以使得催化剂形成Ni-Co合金结构，从而有利于提高催化剂的气化性能与减少催化剂表面碳沉积。 最后，利用10Ni-6Co/Al2O3催化剂，对实际废弃物，棉花秸秆、水稻秸秆和花生壳气化。棉花秸秆获得最高H2产率，为82.6％。10Ni-6Co/Al2O3催化剂的使用显著提高了气化效率，与不加入催化剂相比，棉花秸秆、水稻秸秆与花生壳的H2产率分别提高了67.8、51.4、76.0倍。此外，以废白土灰为载体制备10Ni-6Co/SBC和20Ni/SBC催化剂，用于气化不同的模型化合物。10Ni-6Co/SBC催化甘油、纤维素和五羟甲基糠醛气化时，H2产率分别为106.6％，49.9％和48.2％。20Ni/SBC催化纤维素、果糖、阿拉伯糖和五羟甲基糠醛气化时，H2产率分别为77.5％，44.2％，57.0％和47.0％。结果表明，以废白土灰作为载体制备的催化剂用于水热气化制氢是可行的。 因此，本文合成的Ni-Co双金属催化剂对农业废弃物的水热气化是有效的，水热催化气化技术是一项对木质纤维素废弃物能源化可行的方案。
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