Py-GC/MS技术用于Chaetoceros sp. 硅藻的催化热解研究

采用热裂解−气质联用（Py-GC/MS）技术研究Chaetoceros sp. 硅藻粉末的催化热解特性。以HZSM-5为催化剂,考察了不同Si/Al比的HZSM-5催化剂对硅藻热解产物的影响,并考察了催化剂的使用量、热解升温速率、热解反应时间对产物的影响。结果表明：未加催化剂时,硅藻热解产物以脂肪酸为主,含量为50.05%,苯系物含量仅为0.87%;加入HZSM-5催化剂后,硅藻热解产物中脂肪酸含量减少,芳香类化合物显著增加。热解实验结果发现,Si/Al比为38、硅藻和HZSM-5比例为1∶9、热解速率10 000℃/s、热解时间为10 s时,能得到较理想的热解产品,其中苯系物产率可达57.76%,脂肪酸含量为2.63%。这说明HZSM-5（38）具有较好的脱氧和芳构化功能,有利于硅藻催化热解生成高品质的生物油产品。     

内循环串行流化床生物质催化热解试验研究

在处理量为0.2 kg/h的新型内循环串行流化床(IIFB)上进行了生物质催化热解制油的试验研究.以木屑为原料、石英砂为热载体,研究了在没有催化剂条件下反应温度对热解产物分布的影响;以HZSM-5催化剂与石英砂混合物为床料进行了催化热解试验,并对热解产物和反应后的催化剂进行了表征分析.结果表明:反应温度为515℃时,液体产物的收率最高.HZSM-5催化剂的加入促进了气体以及焦炭的生成,使液体产物的收率降低,且催化剂体积分数越大,影响越显著.催化荆表面的积炭经燃烧反应后被除去,催化剂的稳定性得到改善.热解不可冷凝气体的主要成分为CO和CO2,随着热解温度的升高,CO2产量下降,CO和CH4的产量增加.经HZSM-5催化热解后,生物油中的酸、醛和酮类物质含量明显减少,而小分子的烃类与酚类物质含量明显增加,表明催化剂具有明显的脱氧效果.     

生物质催化热解的TG-FTIR研究

借助综合热分析仪和傅立叶红外联用技术(TG-FTIR),考察了HUSY、REY和HZSM-53种分子筛以及重油催化裂化催化剂MLC和馏分油催化裂解催化剂CIP对生物质催化热解的活性和选择性。研究结果表明,分子筛对生物质热解产物的脱氧活性顺序为:REY≈HUSY>HZSM-5,生成高辛烷值烃类的选择性顺序为:REY>HUSY≈HZSM-5;MLC催化剂和CIP催化剂都表现出较高的选择活性,前者的脱氧活性略高于后者;择形分子筛HZSM-5的引入对调整催化剂酸强度、提高催化转化选择性和抑制焦炭生成产生一定作用。     

3种过渡金属氧化物对生物质微波快速催化热解产物的影响

以3种过渡金属氧化物Fe2O3,Co3O4,NiO为催化剂,HZSM-5为载体,在微波反应器中对3种典型生物质原料松木、水曲柳和玉米芯快速催化热解。对气、液、固3相热解产物的产率计算结果表明,松木和水曲柳的热解液相产率均比玉米芯高8%左右,Co3O4/HZSM-5有利于液相产率提高,最高可达45.4%(水曲柳)。对液相成分的GC-MS分析表明,所用催化剂均对生物质原料具有良好的脱氧效果,可降低液相产物中酸、醛、酮含量。各催化剂均能大幅提高芳香族化合物产率,其中Co3O4/HZSM-5作用最为明显,最高可达49.61%(松木);且均能促进G型酚与S型酚生成结构更稳定的H型酚,NiO/HZSM-5作用尤为明显,最高产率可达31.64%(玉米芯),有利于产物的富集;Fe2O3/HZSM-5可促进定向热解,对糠醛产率具有较为明显的提高作用,其中玉米芯糠醛产率高达13.61%。     

Pt基催化剂二甲醚催化燃烧性能

利用二甲醚催化燃烧作为二甲醚重整制氢的热源可有效简化系统和提高效率,通过对比不同载体、不同Pt负载量以及不同助剂对Pt催化剂的性能影响,筛选出了最适合二甲醚低温起燃催化燃烧的催化剂.研究发现,HZSM-5型分子筛作为二甲醚催化燃烧载体具有较好的起燃特性,同时加入助剂Ce可以显著提高催化剂活性,起燃温度相对Pt/HZSM-5降低了58℃.Pt-Ce/HZSM-5催化剂的二甲醚起燃特性实验表明,在过量空气系数为1.1时具有最佳的起燃特性.对Pt-Ce/HZSM-5催化剂进行了稳定性实验,100h内催化剂性能稳定.     

Ni/KZSM-5催化剂的生物乙醇水蒸气重整制氢催化性能

采用浸渍法制备了Ni/γ-Al_2O_3,Ni/HZSM-5和Ni/KZSM-5 3种负载型催化剂,利用XRD,XPS,BET,NH3-TPD,CO2-TPD和H2-TPR等手段对催化剂的晶相、比表面积、酸/碱性等物化特性进行了表征,并通过固定床反应器对比考察了不同载体的Ni基负载型催化剂对乙醇水蒸气重整制氢的催化性能。实验结果表明:由于HZSM-5的酸性较强,Ni/HZSM-5催化剂不能有效催化乙醇水蒸气重整制氢,主要产物为乙烯;由于KZSM-5具有一定的碱性并有较高的比表面积,Ni/KZSM-5催化剂对乙醇水蒸气重整制氢表现出了较高的催化活性,当反应温度为450℃时,乙醇转化率为100%,氢气选择性达到65.0%,且反应积碳率仅为3.0%;由于载体的碱性较弱,导致产物中含有部分乙烯,降低了氢气选择性,从而Ni/γ-Al_2O_3催化剂的活性低于Ni/KZSM-5催化剂。     

改性HZSM-5对油茶籽壳催化热解特性的影响

为改善油茶籽壳热解产物分布和油茶籽壳生物油成分特性,制备了金属Co、Mg和Cu改性的HZSM-5并用于油茶籽壳催化热解.对改性后的HZSM-5进行了表征,表征结果显示改性后的HZSM-5微观形貌没有改变,但比表面积有了较大幅度的降低.金属Mg负载改性的HZSM-5有利于油茶籽壳热解产生更多的液相产物,而金属Cu负载改性的HZSM-5则有利于油茶籽壳热解产生更多的气相产物.金属Co和Cu改性的HZSM-5提高了油茶籽壳热解生物油中酚类的相对含量,降低了生物油中酸类物质的相对含量.     

Ga改性HZSM-5分子筛催化2-甲基呋喃和甲醇制备芳香烃

采用等体积浸渍法在HZSM-5分子筛上引入Ga₂O₃，探究Ga改性HZSM-5分子筛对2-甲基呋喃（MF）和甲醇在固定床反应器中进行偶合反应的产物分布的影响。采用XRD、HTEM、BET和NH₃-TPD对催化剂的理化性质进行表征，结果显示，Ga的负载使得HZSM-5比表面积和孔容减小，改变了HZSM-5的酸类型及酸位强度分布。偶合反应结果表明，Ga的负载能够促进MF和甲醇的转化，Ga/HZSM-5不仅可以提高芳香烃的产率，而且提高了芳香烃产物中BTX的选择性。与HZSM-5相比，0.1%Ga/HZSM-5在反应温度为500℃、MF与甲醇摩尔比为1∶2、WHSV为2 h⁻¹反应条件下，使芳香烃产率从14.6%提高到23.7%，而BTX的选择性则从55.2%提高到67.8%。     

碱改性HZSM-5热解生物质模型化合物影响研究

实验采用Py-GC/MS在500 ℃下对NaOH、Na₂CO₃和有机碱（CTAB/TPAOH）改性HZSM-5催化热解生物质模型化合物的产物分布影响机制进行探究。结果表明,利用0.1 mol/L NaOH/Na₂CO₃改性HZSM-5使热解油中小分子酮、酚和酯类物质的收率有所提高,有利于碳链长度≥5产物（C_≥5）的生成;0.2 mol/L NaOH/Na₂CO₃改性HZSM-5催化剂有助于脱羰和脱羟基反应的进行,促使环状化合物开裂转化为链状化合物。TPAOH的加入使NaOH改性HZSM-5催化热解产物中酮类产物收率降至18.56%、醛类产物收率增至3.01%,并促使C_≥9产物向C_≤4转化,链状产物增加;经CTAB改性后C_≥9产物向C_5-8转化,环状产物增加。     

HZSM-5催化纤维素液化的研究

以微晶纤维素为研究对象,HZSM-5为催化剂,系统考察了原料/溶剂水质量比、反应温度、反应时间、催化剂用量、催化剂硅铝比等对催化液化效果的影响。结果表明:在纤维素/溶剂水的质量比为1/20、反应温度280℃、反应时间40min、HZSM-5催化剂(硅铝比为28)用量为原料质量分数的5%时,可以得到较好的催化液化效果,且HZSM-5催化剂可以多次重复使用。     

生物质裂解油催化裂解精制机理研究(Ⅲ)——生物质裂解油模拟物的催化裂解机理

分析生物质油6种模拟物在裂解温度500℃,不同质量空速条件下的催化裂解产物。不含芳环的生物质油模拟物(乙酸、甲醇、环戊酮和糠醛)经过HZSM-5分子筛催化剂催化裂解后的产物中,均含有苯、萘、茚和多环芳烃及其衍生物,而苯酚和间甲酚经过HZSM-5分子筛催化裂解后,产物中主要是酚类化合物。根据模拟物催化裂解产物,推测不同类型化合物的催化裂解反应途径,说明生物质裂解油催化裂解精制反应过程主要发生脱氧和芳烃化反应,为生物质油催化裂解精制机理研究提供了理论依据。     

复合改性ZSM-5催化热解松木和低密度聚乙烯的研究

以HZSM-5分子筛为基础,通过过量浸渍法制备P元素与过渡金属元素(Cu、Zn、Ni)复合负载改性M-P/HZSM-5分子筛催化剂。使用XRD、N_2吸附-脱附和吡啶红外对分子筛催化剂进行表征,并考察其催化松木和低密度聚乙烯共热解反应的活性。结果表明:改性后的HZSM-5催化剂保持MFI骨架结构,但微孔体积减小,总Br?nsted酸(B酸)酸量降低,并且Br?nsted酸、Lewis酸(L酸)的分布发生改变。与未改性HZSM-5分子筛相比,改性分子筛可提高高附加值石油化学品的收率,同时可减少积碳。其中,经H_2还原的Ni-P/HZSM-5催化剂的脱氧能力和芳构化性能提升最显著,CO和单环芳烃的碳收率分别从6.48%、25.7%提高到11.1%、34.0%。     

分级孔HZSM-5催化烘焙预处理杨木快速热解制取芳烃

采用NaOH溶液对HZSM-5进行处理,通过XRD,BET,NH3-TPD方法对改性前后的HZSM-5进行表征。在管式炉中对杨木进行烘焙预处理,利用改性前后的HZSM-5在催化剂评价装置中进行烘焙预处理杨木的催化热解实验,探究杨木烘焙预处理温度和HZSM-5碱处理浓度对芳烃产物的影响。研究结果表明,碱处理后的HZSM-5形成了含有微-介孔的分级孔道结构,酸分布有所变化;随着NaOH浓度的增加,生物油中多环芳烃的含量逐渐降低,单环芳烃的含量呈现先增加后降低的趋势,在0.3-HZSM-5催化下达到最高产率58.12%;随着烘焙温度的升高,生物油中单环芳烃的含量先增加后降低,含氧化合物的含量先减小后增加,260℃烘焙预处理杨木催化热解效果最佳,芳烃化合物总收率达到82.01%,其中单环芳烃选择性达到70.87%。     

助剂改性Ru-Ni-CeO2/HZSM-5催化剂裂解秸秆气化焦油性能研究

用助剂Fe、Mn、Co以及Cu调变浸渍法制备Ru-Ni-CeO2/HZSM-5催化剂,并对催化裂解秸秆气化焦油的活性和选择性进行研究。结果表明,助剂影响焦油裂解的活性和选择性,Cu对提高Ni-Ru-CeO2/HZSM-5催化剂焦油裂解活性和燃气质量具有最佳效果。     

生物质快速热解蒸气的在线催化研究

在固定床上对生物质流化床快速热解产生的蒸气进行了直接催化试验.选用HZSM-5催化剂,探讨了催化温度和催化剂量对催化后产物分布及生物油组分的影响.结果表明:在催化温度为375℃、催化剂量为30 mL时,可获得较高的液相产率(36.4%)、较低的气相产率(20.4%)和焦产率(13.9%).通过分析最佳工况下的生物油组分,发现精制油中含氧量高的有机酸、酯、酮、醛、呋喃等含量明显降低,而含氧量低的小分子酚类及不合氧的烃类含量大幅提高.     

微波辅助木质素催化酸解机理研究

采用微波辅助加热,在甲酸溶剂体系下(甲酸,分析纯)催化酸解木质素,获得以单酚类化合物为主的油1相和木质素部分降解并能溶于乙酸乙酯的大分子物质的油2相产物。实验研究不同分子筛催化剂(HY、HZSM-5、SBA-15)下加热温度(110~170℃)和反应时间(5~60 min)对油相产率以及单酚类化合物分布特性的影响规律。HY和HZSM-5分子筛催化剂能明显提高其液体产率(油1产率:9.69%~13.64%;油相总产率:64.09%~88.19%),而SBA-15对于提高油1相产率作用不明显。分子筛催化剂明显提高了2-甲氧基苯酚(G1)、香兰素(G2)和2,6-二甲氧基苯酚(S1)的产率。最后基于实验结论解析,对产物中主要的Guaiacol(G)类和Syringol(S)类化合物的形成机理做出推断。     

生物质气化重整催化合成液化石油气

以甲醇催化剂(MeLi)与HZSM-5型分子筛机械混合,制备LPG合成催化剂。通过对流化床制备的生物质气重整脱碳后进行合成LPG研究。结果表明,LPG合成最佳反应温度为325℃,最佳反应压力范围为2.1～3.6MPa。在325℃,2.1MPa,2000h-1条件下,CO单程转化率达83.25%,目标产物C3+C4占有机产物质量含量已达83.17%。通过XRD对催化剂反应前后进行表征,催化剂活性中心为Cu(111)。通过计算,每吨干基木质生物质可产0.0786tLPG和联产电力607kWh。     

等离子体协同Zn和Ti/HZSM-5催化提质生物质热解气

针对生物油提质中品位提升有限等问题,建立了等离子体协同催化系统,利用Zn、Ti单一改性以及ZnTi联合改性的HZSM-5进行了在线提质生物油的研究,分析了三效(包括等离子体、催化剂本身和改性成分)催化对生物油提质的影响.结果表明:三效催化使生物油产率降低,但理化性能明显提升,其中Ti/HZSM-5催化所得生物油的高位热值达到37.02 MJ/kg,烃类总量达到89.49%,其中多环芳香烃明显减少;等离子体技术使改性HZSM-5的裂解脱氧性能提升,并且随着Ti元素的引入而逐渐增强.     

碱脱硅改性的HZSM-5分子筛催化裂解小球藻的研究

用NaOH水溶液对HZSM-5分子筛进行脱硅改性。通过XRD、N_2物理吸附、NH_3-TPD对脱硅前后的HZSM-5分子筛进行表征,并研究脱硅改性前后分子筛对小球藻催化裂解的影响规律。结果表明:在适宜的温度和相同的碱处理时间下,改变NaOH水溶液的浓度,能调节分子筛晶体中产生的介孔比例并改变分子筛酸性能;以0.3 mol/L NaOH溶液在80℃下处理2 h改性制备的HZSM-5分子筛催化剂,其表面酸量增加、酸强度降低,有利于反应;小球藻催化热解产物中的氧大部分以CO和CO_2的形式脱除,可有效降低生物油的含氧量;裂解液体产率和生物油热值分别为46.83%、32.851 MJ/kg,生物油中烃类物质总量达到40.34%(质量分数),羰基化合物和醇类物质明显减少。     

Ni-Ce-La/HZSM-5催化焦油模化物甲苯重整反应研究

以甲苯作为生物质气化焦油模型化合物,在小型石英反应管内研究Ni负载量以及加入Ce、La金属改性对Ni/HZSM-5催化甲苯重整反应性能的影响,并结合低温N2物理吸附BET、X射线衍射(XRD)、表面形貌分析(SEM)、程序升温还原(H₂-TPR)、热重分析(TGA)和X射线光电子能谱分析(XPS)等表征方法考察不同催化剂的性能。结果表明：在反应条件为750℃、水碳比(S/C)为2.5时,最佳Ni负载量为6%。将6Ni/HZSM-5催化剂进行改性,加入金属Ce、La可大幅提高催化剂的活性与热稳定性,其中单独加入3%Ce时效果最好;同时添加Ce与La,两者会产生协同作用,其中6Ni-3Ce-1La/HZSM-5催化性能最佳,甲苯转换效率可高达95.48%,积碳率仅为0.41%,且能保持高热稳定性。