基本信息
- 項目名稱：
- 均勻沉淀法制備負載型雙金屬催化劑的正交實驗研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 針對普通商業(yè)鎳基催化劑易于失活的缺點，本作品對鎳基催化劑進行摻雜和負載處理，采用沉積沉淀法制備負載型摻雜鎳基催化劑，產(chǎn)品抗失活能力強、催化性能好、使用壽命長，廣泛應用于生物質(zhì)、城市生活垃圾催化熱解生產(chǎn)燃氣等方面。同時，作品利用正交實驗探討不同工藝參數(shù)對催化劑合成的影響，得出最佳制備工藝。
- 詳細介紹：
- 隨著世界工業(yè)和經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源危機和環(huán)境污染問題日益嚴重。城市生活垃圾的無害化處理及資源化利用技術(shù)日益受到全世界的關(guān)注。本作品開發(fā)了一種負載型摻雜鎳基催化劑，將其應用于城市生活垃圾熱轉(zhuǎn)化處理，并生產(chǎn)燃氣方面具有廣闊的應用前景。在城市生活垃圾熱處理技術(shù)中，使用該催化劑既能解決城市垃圾污染和處理難題，又能產(chǎn)生工業(yè)或民用燃氣等再生能源，達到垃圾減量化、無害化、資源化處理的目的。 針對普通商業(yè)鎳基催化劑易于失活的缺點，本作品對鎳基催化劑進行摻雜和負載處理，以鎳和鈷兩種金屬鹽為原料，尿素為沉淀劑，三氧化二鋁為載體，采用沉積沉淀法制備負載型摻雜鎳基催化劑，并利用正交實驗探討不同工藝參數(shù)對催化劑合成的影響，得出最佳制備工藝。 制備的負載型摻雜鎳基催化劑具有的主要優(yōu)點為：（1）制備方法簡便實用，負載率高；（2）催化劑為涂層結(jié)構(gòu)，能充分節(jié)約活性組分用量，從而降低催化劑成本，成本低廉；（3）負載型摻雜鎳基催化劑比表面積大、催化活性高、催化效果好。該催化劑應用于城市垃圾催化熱解和氣化生產(chǎn)燃氣，焦油去除率達99%，燃氣中可燃成分含量達85%，催化效果明顯優(yōu)于商業(yè)鎳基催化劑；（4）催化劑進行摻雜處理后，顯著增強了鎳基催化劑的抗積碳和抗高溫燒結(jié)能力，因而該催化劑抗失活能力強，使用壽命長；（5）該催化劑能有效地去除燃氣中的焦油，并提高氣化效率和燃氣品質(zhì)，解決了城市垃圾熱解處理技術(shù)中焦油污染和催化劑易于失活的難題，為城市垃圾催化熱解處理技術(shù)提供了強有力的技術(shù)支撐。 本作品已申請國家發(fā)明專利，其科學性、先進性、創(chuàng)新性得到了國家知識產(chǎn)權(quán)局和相關(guān)專家的肯定。作品內(nèi)容包括學術(shù)論文、研究報告、專利申請書及受理證明等。該成果應用于城市生活垃圾催化熱解或氣化處理生產(chǎn)燃氣，有效解決了城市垃圾催化熱解處理中的技術(shù)難題，顯著提高氣燃產(chǎn)率和品質(zhì)。因此，該成果應用于城市垃圾催化熱解或氣化處理生產(chǎn)燃氣等方面具有廣闊的應用前景及顯著的環(huán)保和經(jīng)濟效益；有利于緩解當前日益緊張的能源危機和環(huán)境污染難題，具有重大的生態(tài)、經(jīng)濟和社會意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重，城市生活垃圾的無害化處理及資源化利用技術(shù)日益受到全世界的關(guān)注。針對垃圾處理技術(shù)中焦油污染和催化劑易于失活的問題，作品采用均勻沉淀法制備負載型摻雜鎳基催化劑，所得產(chǎn)品抗失活能力強、催化性能好、使用壽命長，同時利用正交實驗探討不同工藝參數(shù)對催化劑合成的影響，得出最佳制備工藝。
科學性、先進性及獨特之處
- 1）采用沉積沉淀法制備鎳基催化劑，制備方法簡便，負載效果好；2）鎳基催化劑為涂層結(jié)構(gòu)，使得制備該催化劑能充分節(jié)約活性組分用量，降低催化劑生產(chǎn)成本；3）催化劑活性組分被負載到催化劑的表面，能完全保證活性組分的催化效果；4）催化劑進行摻雜處理后，可以增強鎳基催化劑的抗積碳和抗高溫燒結(jié)能力；5）催化劑應用于城市垃圾催化熱解處理技術(shù)中，有效地促進焦油裂解并去除，解決了燃氣中焦油污染和催化劑易于失活的難題；
應用價值和現(xiàn)實意義
- 作品開發(fā)的摻雜型負載鎳基催化劑具有抗失活能力強、催化效果好、使用壽命長等特點，在生物質(zhì)、城市垃圾催化熱解制取燃氣等方面應用前景廣闊。 隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重，城市生活垃圾的無害化處理及資源化利用技術(shù)日益受到全世界的關(guān)注。作品開發(fā)的催化劑在城市生活垃圾熱處理技術(shù)中的應用，既能解決城市垃圾污染和處理難題，又能產(chǎn)生工業(yè)或民用燃氣等再生能源，達到垃圾減量化、無害化、資源化處理的目的。
學術(shù)論文摘要
- 以鎳鹽和鈷鹽為原料，尿素為沉淀劑，三氧化二鋁為載體，采用均勻沉淀法制備了負載型鎳鈷雙金屬催化劑。利用正交實驗探討了不同工藝參數(shù)對催化劑合成的影響，并得出了最佳制備工藝。實驗得出的最佳工藝參數(shù)為： 鎳鹽、鈷鹽物質(zhì)量之比為4∶1，尿素與鎳鈷總量之比為6∶1，均勻沉淀反應的溫度和時間分別為115℃和2.5h。同時運用XRD、SEM等分析手段對催化劑的物相結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征。結(jié)果顯示催化劑外殼由復合的鎳鈷金屬氧化物包裹，分散性良好，呈現(xiàn)多層立體結(jié)構(gòu)。
獲獎情況
- （1）2010年11月，團隊成員公開發(fā)表論文《均勻沉淀法制備負載型雙金屬催化劑的正交實驗研究》 （2）2011年2月，該作品系列研究成果申請了國家發(fā)明專利（201110032061.2）
鑒定結(jié)果
- 所開發(fā)的催化劑催化效果好、使用壽命長，制備方法簡單，生產(chǎn)成本低廉，在生物質(zhì)、城市垃圾催化熱解制取燃氣等方面應用前景廣闊，實現(xiàn)了垃圾處理的減量化、無害化、資源化，具有重大的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。
參考文獻
- [1] 李建芬，肖波，晏榮，等.均勻沉淀法制備納米氧化鎳及其工藝優(yōu)化[J].化學工程[J]，2007，35（8）：55-56. [2] Li Jianfen,Yan Rong, Xiao Bo, et al. Preparation of nanocrystalline NiO and process analylysis[J]. Journal of Synthetic Crystals(人工晶體學報)，2007， 36（5）：1045-1051. [3] 賀茂云，肖波，胡智泉等. 鎳基催化劑的制備及其對垃圾氣化產(chǎn)氫的催化活性[J]. 中國環(huán)境科學，2009，29(4)：391—396. [4] 楊修春，韋亞南，李偉捷. 焦油裂解用催化劑的研究進展[J]. 化工進展，2007, 26(3): 326-330. [5] 羅思義, 肖波, 郭獻軍等. 城市生活垃圾水蒸氣催化熱解的實驗研究[J].環(huán)境科學與技術(shù), 2009,32(8): 43-52. [6] 賀茂云, 胡智泉, 肖波等. 城市生活垃圾催化氣化制取富氫氣體的研究[J].環(huán)境工程, 2009,27(2): 97-101. [7] Yang Xiaoqin, Xu Shaoping, Xu Hailong, et al. Nickel supported on modi?ed olivine catalysts for steam reforming of biomass gasi?cation tar[J]. Catalysis Communications, 2010,11: 383–386. [8] Liu Haibo, Chen Tianhu, Zhang Xianlong, et al. Effect of Additives on Catalytic Cracking of Biomass Gasification Tar over a Nickel-Based Catalyst [J]. Chin. J. Catal, 2010, 31: 409–414.
同類課題研究水平概述
- 城市生活垃圾處理問題一直是全世界關(guān)注的重大環(huán)境問題。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，城市生活垃圾產(chǎn)生量大，增長幅度快，不僅嚴重占用土地，而且還造成了嚴重的環(huán)境污染，城市生活垃圾處理和處置問題迫在眉睫。目前，垃圾處理主要使用填埋、堆肥、焚燒發(fā)電等方法，這些垃圾處理技術(shù)在環(huán)境保護中發(fā)揮了一定的作用，但也存在諸多不足，如填埋占用大量土地，造成滲瀝水二次污染；堆肥法處理量小、減量化效率低；焚燒法設(shè)備價格昂貴，尤其是容易造成嚴重的二惡英污染。因此開發(fā)高效潔凈的城市垃圾處理技術(shù)是垃圾處理問題的關(guān)鍵和發(fā)展趨勢。垃圾熱解技術(shù)將城市生活垃圾通過催化熱解轉(zhuǎn)變?yōu)槿細?，既可提高城市生活垃圾處理的?jīng)濟產(chǎn)出和垃圾處理量，解決城市垃圾的環(huán)境污染問題，同時有利于能源經(jīng)濟的發(fā)展，將具有極大的經(jīng)濟、社會與環(huán)境效益。 然而，垃圾熱解產(chǎn)生的燃氣中含有大量的焦油，對環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害。催化裂解被認為是當前最有效的焦油去除手段，同時還可以達到提高燃氣利用價值的目的。這一方法中有待探討和解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是催化劑失活及改性，它也是當前包括垃圾在內(nèi)的生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化與利用過程中的研究熱點和主要難題。 目前，用于生物質(zhì)焦油裂解的催化劑主要有：白云石類、堿金屬類和鎳基催化劑。但白云石易于粉化，堿金屬難于回收且價格昂貴。鎳基催化劑對焦油裂解及燃氣成分調(diào)整具有極高的催化活性。鎳基催化劑的局限性是其在生物質(zhì)氣化的熱氣氛環(huán)境下會迅速地失活，這影響了催化劑的壽命。目前，垃圾催化熱解及其催化劑的開發(fā)應用在國內(nèi)外已形成一個研究熱點，相當多的研究主要集中于催化熱解工藝及設(shè)備的開發(fā)改進，以及直接利用鍛燒白云石或商業(yè)鎳基催化劑對熱解和氣化過程及產(chǎn)物的影響。而專門針對催化劑的開發(fā)和性能研究較少。尤其是國外對垃圾熱解進行了大量的研究，垃圾熱解技術(shù)在歐美等發(fā)達國家現(xiàn)已進入了實用化、工程化和商業(yè)化推廣階段。但國內(nèi)這方面的研究才剛剛起步。因而，對城市垃圾熱解技術(shù)進行攻關(guān)，開發(fā)出高效廉價的催化劑，提高垃圾熱解的燃氣熱值，降低燃氣中焦油含量，提高可燃氣比例，是當前利用垃圾熱解氣化生產(chǎn)燃氣急待解決的技術(shù)難題。 因此本研究小組以鎳和鈷兩種金屬鹽為原料，尿素為沉淀劑，三氧化二鋁為載體，開發(fā)和制備負載型鎳基催化劑，并對其在垃圾熱解處理中的應用作了相關(guān)研究。
