一种焦油重整催化剂及其制备参数优化方法和产氢应用技术

本发明专利技术公开了一种焦油重整催化剂及其制备参数优化方法和产氢应用；该焦油重整催化剂通过在氧化铝载体上负载镍得到，并经过等离子体体系改性。镍的负载通过对经镍前驱体溶液浸润的氧化铝载体进行焙烧实现。本发明专利技术相比常规催化剂制备方法提升了催化剂的氢气选择性，在等离子改性过程，不仅物理形貌的改变，增加了催化剂活性位点的分散度，而且提升了催化剂的氧空位，有助于提升焦油重整催化剂的使用寿命。此外，本发明专利技术利用人工智能算法将催化剂的制备条件及等离子体改性影响因素结合起来，实现全过程优化，提升了催化剂的制备高效、重复性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种焦油重整催化剂及其制备参数优化方法和产氢应用


[0001]本专利技术属于催化剂制备和电化学
，具体涉及一种用于催化重整生物质气化焦油的负载型催化剂制备方法、利用等离子体技术改性该类型催化剂的方法，以及利用人工神经智能算法优化改性和制备过程参数的方法。

技术介绍

[0002]生物质一般指来源于植物的所有的有机材料。生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是植物通过光合作用将太阳能转化为化学能的形式固定和储藏在生物体内的能量。
[0003]生物质气化是一种高效利用生物质的技术手段，可将生物质转化为可燃气体并用于直燃供热或发电，也可用于化工品合成。气化过程中产生的焦油会导致管路、阀门等下游设备堵塞与腐蚀，限制了生物质气化技术的发展和工业化。生物质气化焦油是生物质气化过程中产生的副产物，是多种可冷凝烃类物质组成的复杂混合物，包括单环到五环的芳香族化合物、含氧烃类物质和复杂的多环芳烃。常见的焦油脱除方法，如物理脱除法、热裂解法和催化剂裂解法，存在能耗高、二次污染、催化剂稳定性差等问题。低温等离子体技术能在较低温度下脱除焦油并具有较高的脱除效率，且与催化剂的结合能够进一步提升脱除效率，降低能耗，还能提高对目标产物的选择性，是一种极具前景的焦油净化技术。
[0004]低温等离子体依据其粒子温度可分为热平衡等离子体和非平衡等离子体。前者也称热等离子体，体系中各种粒子温度接近相等，约为5
×
103～2
×
104K，一般由稠密气体(常压或高压)电弧放电产生。后者也称冷等离子体(coldplasma)，一般由稀薄气体(低压下)激光、射频或微波等激发放电产生，其电子温度能够达到104K以上，能够有效地激活分子引发化学反应，而气相主体却可以保持较低的温度300～500K。气体放电根据不同的放电形式可分为脉冲电晕放电、AC/DC流光放电、滑动弧放电、微波放电和介质阻挡放电等。气体放电等离子体技术近年来气态污染物治理方面得到了广泛的关注和研究，如烟气的脱硫脱硝、挥发性有机气体的脱除等。同时，一些研究人员将该技术用于生物质气化焦油的脱除。
[0005]气体放电根据不同的放电形式可分为脉冲电晕放电、AC/DC流光放电、滑动弧放电、微波放电和介质阻挡放电等。气体放电等离子体技术近年来气态污染物治理方面得到了广泛的关注和研究，如烟气的脱硫脱硝、挥发性有机气体的脱除等。同时，一些研究人员将该技术用于生物质气化焦油的脱除。
[0006]生物质焦油是多种可冷凝烃类物质组成的复杂混合物，包括芳香族化合物与含氧烃类物质。因此，高性能的焦油重整催化剂需要同时具有较高的芳香族化合物重整活性和含氧烃类物质重整活性。
[0007]负载型金属催化剂一般由活性金属、助剂和载体组成。适宜的助剂可以提升催化剂的活性及稳定性。在活性金属的选择中，选取镍作为使用金属。镍基催化剂的活性组分是金属镍，选择恰当的助剂和载体可以提高催化剂的催化活性、物理强度和抗积碳性，增强催化剂的稳定性，还可以根据需要提高对某一产物的选择性。载体一般是具有高比表面积的物质，用于分散活性组分，同时为催化剂提供一定的机械强度。在助剂选择方面，在镍基催
化剂中加入一定量的Co、Mn、Ce、Cu等材料可以改善催化剂的性能。双金属(多金属)催化剂的选择性，物理和化学的稳定性一般比其纯金属要好。双金属催化剂因不同金属原子间的协同作用而具有特殊的电子结构和化学特性，是设计高选择性、高活性和高稳定性催化剂的重要研究领域。其中，将一种金属负载于另一种金属形成的单原子膜结构，是最近几年世界各国研究者普遍关注的热点问题。
[0008]运用等离子体制备催化剂主要是对催化剂的表面进行改性，一般是先利用等体积浸渍法将金属的前驱体负载于载体表面，然后采用等离子体进行处理。结合目前国内外的等离子体处理方法，可以看出，用等离子体改性催化剂后，催化剂的表面积增大、晶格缺陷变多、性能更加稳定。将负载了金属的催化剂直接放入等离子体中进行改性或焙烧，不但可以保持催化剂骨架，去除模板剂等有机杂质，防止金属簇烧结变大，而且处理时间比常规焙烧缩短了很多。这些改变都有利于催化反应的进行。

技术实现思路

[0009]本专利技术在于提供一种用于催化重整生物质气化焦油重整制氢的负载型镍基催化剂，以及适用于该类型催化剂制备的等离子体技术，及利用人工神经智能算法优化改性和制备过程技术。
[0010]第一方面，本专利技术提供一种焦油重整催化剂，其通过在氧化铝载体上负载镍得到，并经过等离子体体系改性。镍的负载通过对经镍前驱体溶液浸润的氧化铝载体进行焙烧实现。
[0011]作为优选，焙烧时长为4h，焙烧温度为400℃。所述的氧化铝载体的粒径为20～40目。
[0012]作为优选，焦油重整催化剂中镍的质量分数为3
‑
15wt％。
[0013]作为优选，所选镍前驱体采用氯化镍、硝酸镍、乙酰丙酮镍、醋酸镍中的一种或多种。
[0014]作为优选，该焦油重整催化剂在负载镍的基础上，还添加有金属助剂，金属助剂采用Co、Mn、Ce、Cu中的一种或多种，金属助剂的加入有助于提高负载型催化剂的活性、抗积碳性与稳定性。
[0015]作为优选，该焦油重整催化剂负载在衬底上；所述的衬底为三维多孔结构；衬底采用碳基材料或金属有机框架材料；
[0016]作为优选，等离子体体系改性条件如下：放电功率为200
‑
500W，处理时间为3
‑
20min，极板间距为5
‑
10mm。反应在常压下进行；放电气体为N2、He、O2中一种气体或多种气体的混合气体；其中，N2、He、O2的流量范围为50
‑
100mL/min。
[0017]作为优选，等离子体体系改性中，等离子体产生的电子、正离子、活性自由基与活性原子刻蚀焦油重整催化剂的表面。使焦油重整催化剂的表面弱边界除去，并增加焦油重整催化剂的表面粗糙程度；同时，等离子体产生的中性原子和自由基在焦油重整催化剂的表面形成沉积层。
[0018]作为优选，镍的质量分数为3.5％，金属助剂的质量分数为1％
‑
5wt％；等离子体体系的放电功率为250W；放电气体为N2、He、O2的混合气体，且流量比为1:2:1。
[0019]第二方面，本专利技术提供一种焦油重整催化剂的制备参数智能优化方法，其具体步
骤如下：
[0020]步骤一、以焦油重整催化剂中镍的负载量、金属助剂的含量、等离子体体系改性过程中的输入能量及放电气体比例作为四个关键参数，制定n组基础催化剂制备方案，50≤n≤100。
[0021]步骤二、根据基础催化剂制备方案分别进行焦油重整催化剂制备，并对制得的n种催化剂分别进行产氢性能测试，以H2选择性为输出结果，得到n种催化剂的四个关键参数与其相对应的H2选择性所组成的基础实验数据集。
[0022]步骤三、以四个关键参数作为输入变量，H2选择性为输出变量，建立多层前馈神经网络。通过多层前馈神经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焦油重整催化剂，其特征在于：通过在氧化铝载体上负载镍得到，并经过等离子体体系改性；镍的负载通过对经镍前驱体溶液浸润的氧化铝载体进行焙烧实现。2.根据权利要求1所述的一种焦油重整催化剂，其特征在于：焙烧时长为4h，焙烧温度为400℃；所述的氧化铝载体的粒径为20～40目。3.根据权利要求1所述的一种焦油重整催化剂，其特征在于：焦油重整催化剂中镍的质量分数为3
‑
15wt％；所选镍前驱体采用氯化镍、硝酸镍、乙酰丙酮镍、醋酸镍中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种焦油重整催化剂，其特征在于：负载在衬底上；所述的衬底为三维多孔结构；衬底采用碳基材料或金属有机框架材料。5.根据权利要求1所述的一种焦油重整催化剂，其特征在于：在负载镍的基础上，还添加有金属助剂，金属助剂采用Co、Mn、Ce、Cu中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的一种焦油重整催化剂，其特征在于：等离子体体系改性条件如下：放电功率为200
‑
500W，处理时间为3
‑
20min，极板间距为5
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10mm；反应在常压下进行；放电气体为N2、He、O2中一种气体或多种气体的混合气体。7.根据权利要求6所述的一种焦油重整催化剂，其特征在于：等离子体体系改性中，等离子体产生的电子、正离子、活性自由基与活性原子刻蚀焦油重整催化剂的表面；使焦油重整催化剂的表面弱边界除去，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶志平，姜宁，籍嘉昱，任亚亮，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：