一种吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的Ni-Cu/AC催化剂及其制备方法

一种吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂及其制备方法
技术领域
1.本发明属于超临界水气化反应技术领域，具体涉及吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂及其制备方法。

背景技术：

2.生物质如农业林业的废物废料、工业和城市废物等，是可用于一系列能源转换技术的可再生能源的最佳选择之一，由于生物质具有光合作用，被认为是一种碳中和能源。但是，很大一部分生物质仍未被利用，这些未被利用的生物质含水量可达到50％～80％之间。利用超临界水热处理技术，可以将天然高含水量的生物质转化为氢气为主要产物的可燃气体。氢能作为可再生能源之一，是一种零碳排放的清洁燃料，以氢为燃料的氢经济在可再生生物质能资源开发方面显示出巨大的潜力。一般来说，生物质可通过两种途径生产氢，分别为：直接生产途径和可储存中间体转化途径。第一种途径包括热化学气化、热解和厌氧消化。第二种途径包括生物油的蒸汽重整，生物油由生物质热解产生。在制氢途径中，传统的生物质气化技术需要干燥原料，必须支付大量额外的能源消耗来蒸发水分，因此，利用超临界水气化技术制氢近年来引起了人们极大的兴趣和关注。
3.吲哚及其衍生物是生物质典型的含氮物质，他们具有顽坳性，在超临界水气化过程中很难被转化和气化成小分子的气体分子，这极大程度阻碍了scwg的应用。添加催化剂到含氮有机物质超临界水气化反应系统中是一项非常有效的强化难降解中间产物超临界水气化的方法，提高可燃性气体的产率。然而，现有的研究通常需要利用较高的气化温度和贵金属催化剂，这不利于超临界水气化技术的推广应用。

技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂及其制备方法，以实现吲哚及其衍生物高效转化为以氢气为主的可燃性气体燃料的发明目的。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明公开了吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7.1)将质量比为3：1的六水合硝酸镍和三水合硝酸铜溶解于水中，制得溶液a；
8.2)向溶液a中加入占ni-cu/ac催化剂质量70％的活性炭，充分搅拌混合至少12h，然后于110℃下干燥4h烘干，以保证水分得到充分挥发，研磨，制得粉体b；
9.3)将粉体b进行煅烧，在n2气氛下，自室温起，以3℃/min的升温速率升温至550℃(此处的温度如果过高会导致颗粒变大，且后期还原困难增加)，处理4h，使得硝酸盐分解变为氧化物，然后自然冷却至室温，制得粉末c；
10.4)利用h2对粉末c进行还原处理，以ar作为保护气，利用h2对粉末c进行还原处理，
ar与h2的流量比为1:1，自室温起，以3℃/min的升温速率升温至400℃(该温度是经过tpr分析测试获得，是合适的还原温度)，处理4h，保证制得用于吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂。
11.本发明还公开了采用上述的制备方法制得的用于吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂，该ni-cu/ac催化剂的比表面积约为684.70m2/g，孔隙率约0.45cm3/g，平均孔径约26.4nm。
12.本发明还公开了上述的吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂在超临界水气化反应中应用时，反应温度为550～600℃，反应时间为30～40min，催化剂加载量为吲哚或其衍生物的质量的10％。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
14.1、本发明制备的ni-cu/ac催化剂采用非贵金属镍和铜为原料，催化剂制造成本低。
15.2、ni-cu/ac催化剂能够高效催化吲哚、吲哚衍生物及其中间产物的蒸汽重整反应、降解反应和水汽转化反应，加速吲哚及其衍生物降解，得到更多气体产物，从而提高吲哚及其衍生物的转化率和可燃气体产率。
16.3、ni-cu/ac催化剂可以在较低温度下实现吲哚及其衍生物的高效率转化，实现高的可燃气体产率，大大降低了吲哚及其衍生物超临界水气化的成本，提高该技术实施的安全性。
附图说明
17.图1为反应前后的ni-cu/ac催化剂的sem谱图。其中，(a)为催化剂反应前的sem谱图；(b)为催化剂反应后的sem谱图。
具体实施方式
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
19.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
20.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
21.实施例
22.将0.7821g三水合硝酸铜和2.3782g六水合硝酸镍配成溶液，之后加入1.6g的活性
炭，在室温下充分搅拌至少12h得到粘稠状溶液。将搅拌好的溶液放置到110℃的烘箱中干燥4h，使水分充分挥发。研磨干燥的固体混合物得到粉末。将固体粉末放置到n2氛围下，从室温以3℃/min的升温速率升到550℃进行煅烧，并保持4h再自然冷却直至室温。然后开始还原程序，在h2和ar的氛围下以3℃/min的升温速率升至400℃并保持4h后冷却至室温。制得用于吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂，ni-cu/ac催化剂的比表面积为684.70m2/g，孔隙率0.45cm3/g，平均孔径26.4nm。
23.sem谱图如图1中(a)所示，从图中可以看出，活性炭为载体负载的ni-cu/ac催化剂以及活性炭载体的表面形貌，可以看到表面有丰富的灰白小颗粒，表明金属活性组分纳米金属离子很好的均匀附着在活性炭载体表面上。ni-cu/ac催化剂的表面具有较小的镍颗粒，表面暴露了较多的镍活性位点，因此其拥有高的催化活性。
24.将0.0016g的ni-cu/ac催化剂和300μl的0.25mol/l的吲哚溶液装入反应器，进行超临界水气化实验，实验温度为575℃，反应时间为30min。反应结果见表1：
25.表1加或不加ni-cu/ac催化剂吲哚水热转化制气体燃料结果(575℃,30min)
[0026][0027][0028]
可以看出，吲哚氢气化效率、碳气化效率、h2产率和ch4产率在加入催化剂后实现了显著提升。
[0029]
反应后的催化剂的sem谱图如图1中(b)所示，从图中可以看出，ni-cu/ac催化剂在反应后仍保持部分多孔结构，说明cu对ni基催化剂的烧结有一定的缓解作用，仍然具备良好的催化活性。

技术特征：

1.一种吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将质量比为3：1的六水合硝酸镍和三水合硝酸铜溶解于水中，制得溶液a；2)向溶液a中加入占ni-cu/ac催化剂质量70％的活性炭，充分搅拌混合至少12h，然后于110℃下干燥4h烘干，以保证水分得到充分挥发，研磨，制得粉体b；3)将粉体b进行煅烧，在n2气氛下，自室温起，以3℃/min的升温速率升温至550℃，处理4h，使得硝酸盐分解变为氧化物，然后自然冷却至室温，制得粉末c；4)利用h2对粉末c进行还原处理，以ar作为保护气，利用h2对粉末c进行还原处理，ar与h2的流量比为1:1，自室温起，以3℃/min的升温速率升温至400℃，处理4h，保证制得用于吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂。2.采用权利要求1所述的制备方法制得的吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂，其特征在于，该ni-cu/ac催化剂的比表面积为685m2/g，孔隙率为0.5cm3/g，平均孔径为26nm。3.根据权利要求2所述的吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的ni-cu/ac催化剂，其特征在于，该ni-cu/ac催化剂在超临界水气化反应中，反应温度为550～600℃，反应时间为30～40min，加载量为吲哚或其衍生物的质量的10％。

技术总结

本发明公开了一种吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的Ni-Cu/AC催化剂及其制备方法，包括：将六水合硝酸镍和三水合硝酸铜溶解于水中，制得溶液A；向溶液A中加入活性炭，充分搅拌混合，然后烘干以保证水分得到充分挥发，研磨，制得粉体B；将粉体B进行煅烧处理，使得硝酸盐分解变为氧化物，然后自然冷却至室温，制得粉末C；利用H2对粉末C进行还原处理，制得用于吲哚及其衍生物水热转化制气体燃料的Ni-Cu/AC催化剂。本发明可以在较低温度下实现吲哚及其衍生物的高效率转化，实现高的可燃气体产率，大大降低了吲哚及其衍生物超临界水气化的成本。本。本。