生物质焦基双金属催化剂及其制备方法与应用技术

一种生物质焦基双金属催化剂及其制备方法与应用，该生物质焦基双金属催化剂为以生物质焦为载体，负载有镍铈金属间化合物；可通过浸渍法将镍和铈的金属盐负载于生物质焦上，在氮气气氛下煅烧进行制备。铈的存在改良了催化剂载体的表面性质，形成NiCe～Ni

【技术实现步骤摘要】
生物质焦基双金属催化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及工业废弃物清洁处理领域，更涉及生物质气化焦油催化转化
，尤其涉及一种生物质焦基双金属催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
生物质资源作为一种可再生能源得到世界各国的重视。加强对生物质资源的利用，具有明显的经济和环境效益。生物质气化技术是开发生物质能源利用的一个重要的方向，气化技术以及后续提质工艺可将生物质转变为高品质的气、液燃料，同时还产生一定量的生物质焦。但是在气化过程中产生的焦油对气化设备以及燃气利用设备都有严重的危害。因此，研究焦油的高效稳定去除工艺是生物质气化技术得以推广的关键。焦油的炉外催化裂解，被认为是彻底解决焦油问题的关键技术。传统的镍基催化剂，虽然可以裂解焦油并且产生富氢气体，但其很容易因为积碳和烧结而失去活性。并且，金属镍价格较高，大规模工业应用成本高昂。微波技术的推广应用正得到越来越多的关注。有研究表明，借助特殊的吸波介质，在微波场中可以产生显著的“微波效应”。该效应会对吸热的化学反应过程产生明显的促进作用。但是微波场中极易形成局部过热的“热点效应”，过高的温度虽然会提升焦油裂解效率，但是也会带来催化剂的烧结失活。因此如何巧妙利用微波效应裂解生物质气化焦油，并长期保持催化剂活性，是焦油炉外微波催化裂解工艺中亟待突破的重大技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种生物质焦基双金属催化剂及其制备方法与应用，以期至少部分地解决上述提及的技术问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：作为本专利技术的第一个方面，提供一种生物质焦基双金属催化剂，其以生物质焦为载体，负载有镍铈金属间化合物。作为本专利技术的第二个方面，提供一种生物质焦基双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：通过浸渍法将镍和铈的金属盐负载于生物质焦上，在氮气气氛下煅烧以形成镍铈金属间化合物。作为本专利技术的第三个方面，提供一种焦油的微波催化裂解方法，包括以下步骤：将如上所述的生物焦基双金属催化剂置于微波反应腔内的反应管中形成催化床；将液态焦油预热后随载气通入所述反应管的催化床内，在微波加热条件下进行催化裂解反应。作为本专利技术的第四个方面，提供一种焦油的微波催化裂解装置，包括微波反应腔和反应管，其中：微波反应腔，用于提供微波加热；反应管，位于所述微波反应腔内，在所述反应管内放置有如上所述的生物焦基双金属催化剂而形成催化床，用于供预热后的液态焦油随载气通入而进行催化裂解反应。作为本专利技术的第五个方面，提供一种如上所述的生物质焦基双金属催化剂在焦油的微波催化裂解中的应用。基于上述技术方案，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术以生物质焦为载体，其BET比表面积可达80m2/g，并且表面含有一定量的碱金属以及碱土金属，对焦油的催化裂解有一定的促进作用；其廉价易得且具有一定的还原属性，使得在后续的金属负载过程中，通过对金属负载量和微波煅烧过程的精确控制，使绝大部分镍和铈以“金属间化合物”的形态存在，无需额外的高温还原步骤即可得到活性更强的镍铈金属间化合物催化剂；相比较于传统的镍基催化剂，在生物质焦负载镍催化剂中，添加一定比例的金属铈，铈的存在改良了催化剂载体的表面性质，利用边缘成核机制，形成NiCe～Ni5Ce富镍金属间化合物体系，有效抑制镍的烧结，延长催化剂的活性时间；2、进一步地，铈作为丰度最高的稀土元素，廉价易得，且本身对环境无害，添加一定比例的铈形成双金属催化剂，不但可以显著提高催化效率，还可同时不产生环境危害；3、通过微波活化、破碎过筛，筛选出40～60目粒径且呈棒状或针状的生物质焦，在一定微波条件例如微波功率400～600W，催化剂床料高于12cm下，这种特殊形状的生物焦极易产生微波等离子体和微波“热点效应”，对焦油的裂解有极大的促进作用；4、进一步地，生物质焦是优选以稻壳为原材料进行热解气化得到，原因是稻壳具有较高含量的纤维素和木质素，一方面有利于棒状或针状生物质焦的获取，另一方面有利于使得经微波活化后的生物质焦的挥发分低于7％，固定碳含量高于45％，而挥发分和固定碳的含量会影响载体的结构性质和介电性质，其中固定碳含量较高时有利于吸收微波能量，激发微波效应；5、更进一步地，由于稻壳在中国农村广泛存在，而生物质焦是稻壳气化热解的直接副产物，廉价易得，即可以直接获取气化工业副产物的生物质焦为原材料，通过加工筛选后作为载体催化剂，因此以生物质焦作为微波催化剂载体，不仅可以消纳气化副产物，还是有效的微波吸波介质，并可达到较高的焦油裂解效率，同时成本低廉，经济效益显著；6、本专利技术选用微波技术作为加热方式，并设计生物质焦基镍铈双金属催化剂，对生物质气化焦油进行催化裂解。利用本专利技术提供的工艺，焦油主要成分甲苯的裂解率达到100％，且甲苯裂解气体产物中，甲烷和氢气等可燃组分占到90％以上。经过8小时持续实验后，生物质焦基镍铈双金属催化剂的甲苯裂解率仍高于90％，实现在微波条件下，对焦油模型化合物的持续高效裂解，并将其能量转化为富氢燃气。附图说明图1为本专利技术实施例2制备的生物质焦基镍铈双金属催化剂；图2为本专利技术实施例不同铈添加量的生物质焦基金属催化剂XRD对比谱图；图3为本专利技术实施例7微波焦油催化裂解反应装置示意图；图4为本专利技术实施例7微波热点效应的观察照片；图5为本专利技术实施例7生物质焦基镍铈双金属催化剂8小时裂解效率变化图；图6为本专利技术实施例1制备的生物质焦基双金属催化剂和生物质焦基单金属镍催化剂在不同温度的焦油裂解效率；图7为本专利技术实施例1制备的生物质焦基双金属催化剂和活性炭双金属催化剂在不同温度的焦油裂解效率。上述附图中，附图标记含义如下：1、氮气瓶；2、气体流量计；3、气体阀门；4、微量注射泵；5、混合预热腔；6、微波反应腔；7、石英反应管；8、催化床；9、K型热电偶；10、滤网；11、冷凝器；12、观测窗；13、微波控制系统；14、气体收集系统；15、气体检测系统。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术公开了一种生物质焦基双金属催化剂及其制备方法与应用，提出使用生物质焦为载体，负载镍铈金属间化合物作为催化活性组分，得到了一种新型的高效稳定且廉价的催化剂，可应用于焦油的炉外式微波裂解处理，实现在较低能量消耗的前提下，彻底解决焦油污染问题，并对焦油能量进行高效转化，具有效率高、成本较低、环境友好等特点，因此具备良好的市场应用价值。具体地，本专利技术提供了一种生物质焦基双金属催化剂，其以生物质焦为载体，负载有镍铈金属间化合物。作为优选，生物质焦的挥发分的质量含量低于7％，固定碳的质量含量高于45％，粒径为40～60目，呈棒状或针状。若挥发分含量过高，则表示生物质焦的碳化程度较低，表面积较小；若固定碳的含量过低，则会降低微波吸收和能量转化的效果，导致不会激发强烈的微波效应。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质焦基双金属催化剂，其以生物质焦为载体，负载有镍铈金属间化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质焦基双金属催化剂，其以生物质焦为载体，负载有镍铈金属间化合物。


2.根据权利要求1所述的生物质焦基双金属催化剂，其特征在于：所述生物质焦的挥发分的质量含量低于7％，固定碳的质量含量高于45％，粒径为40～60目，呈棒状或针状；和/或
所述生物质焦为以稻壳为原材料，依次经过热解气化、微波活化、破碎及筛选后得到；和/或
镍的负载量为载体质量的4％～8％，铈的负载量为载体质量的2％～8％。


3.一种生物质焦基双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：
通过浸渍法将镍和铈的金属盐负载于生物质焦上，在氮气气氛下煅烧以形成镍铈金属间化合物。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：
所述生物质焦是以稻壳为原料，依次进行热解气化、微波活化、破碎及筛选后得到；
作为优选，所述热解气化的条件为在600～700℃下进行空气气化；
作为优选，经过微波活化后生物质焦的挥发分的质量含量低于7％，固定碳的质量含量高于45％；更优选地，所述微波活化的条件为在氮气气氛下进行微波加热，微波功率为500～600W，加热温度为600～800℃，加热时间为大于或等于1小时；
作为优选，经过破碎及筛选后生物质焦粒径为40～60目、呈棒状或针状。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：
所述通过浸渍法将镍和铈的金属盐负载于选取的生物质焦上的步骤具体包括：将镍和铈的金属盐配制成前驱体溶液，使用所述前驱体溶液对生物质焦进行等体积湿式浸渍，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠益，李健，颜蓓蓓，程占军，马文超，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12