亚/超临界水Ni-M(M=Co, Sn等)固溶体催化乳胶废液气化表界面化学机理研究

Yunnan Province has the second largest natural rubber production base in China, accounting for about 40 of the country products in 2015 and involving 16 nationalities in 25 districts. Concentrated latex process made large wastewater, having COD 5000-40000 mg/L, which is regarded as high concentrated and refractory wastewater and causes great concern about environmental problems. The research proposed Ni-M ( M=Co, such as Sn ) as efficient catalysts for Sub / supercritical water gasification of latex high concentrated wastewater, to achieve efficient treatment and obtain hydrogen, methane and so on. The study explores surface and interface behavior of Ni-M ( M=Co, such as Sn ) solid solution in the process of catalytic gasification of latex wastewater in supercritical water. Including: 1 ) Ni-M synthesis, Crystal structure analysis of catalyst ; 2 ) Transformation of catalytic gasification of typical element ; 3 ) Ni-M solid interface reaction mechanism of catalytic processes; 4 ) surface and intersurface chemistry Kinetic model; From those 4 sections, the study try to analyze the chemical behavior and chemical mechanism of complex components on the surface of the new Ni-M catalyst system, and define the catalytic mechanism in the complex multiphase fluid. In all, the research will provide new techniques for high concentration of latex wastewater treatment, and scientific basis for Ni-M key technology development.

云南拥有中国第二大天然橡胶生产基地，2015年产量约占全国的40%，涉及25个县的16个民族。浓缩乳胶过程产生乳胶废液，污水COD5000-40000 mg/L，为高浓难处理废水，产生的环境问题引发高度关注。针对高浓乳胶废液，研究拟采用Ni-M(M=Co, Sn等)固溶体高效催化亚/超临界水气化，实现高浓废液处理与资源化，获取氢气、甲烷等。研究探索过程机制，解析Ni-M(M=Co, Sn等)固溶体在亚超临界水催化气化乳胶废液过程中表界面化学行为。研究从：1) Ni-M固溶体催化剂合成、结构分析；2)典型元素催化气化转化规律解析；3) Ni-M固溶体催化过程表界面化学反应机理；4）表界面化学过程动力学模型；等4方面分析复杂组分在新型Ni-M催化剂表面的关键表界面化学行为、化学机理，明确复杂多相流体中的催化机理。研究最终为高浓乳胶废液处理提供新技，为Ni-M催化剂关键技术开发提供科学基础。

天然橡胶是工业生产重要原材料之一，云南中国第二大天然橡胶生产基地，涉及25个县的16个民族。浓缩乳胶过程产生乳胶废液，其污水COD为5000-40000 mg/L，主要成分为以聚异戊二烯为主要成分，此外含天然树脂等。项目开发超临界水气化乳胶废液的高效转化技术，Ni-M(M=Co, Sn等) 固溶体催化高效处置并获得氢气等能源气体。项目开展了亚/超临界水Ni-M(M=Co, Sn 等)固溶体催化乳胶废液气化表界面化学机理研究，从催化剂研发、界面反应过程分析及机理解析等层面进行了相关工作。具体结果为：1）采用乙二醇还原合成、种子合成法合成NiCo/AC、Ni–xCo/γ-Al2O3及NiCu/SBA-15催化剂，并开发了超临界水沉积法合成技术，成果制备了双金属纳米Ni-Co/AC催化剂。金属镍晶格中成果嵌入钴形成的双金属颗粒，减少了结合能，形成了双金属合金纳米颗粒，改变了金属表面的特性；2）NiCo双金属催化剂在反应温度为500℃的条件下，反应时间达为60min时气体产率达到64.33%，苯酚（树脂结构单元）的转化率为96.33％，乳胶废液氢气产率达到5.04mol/kg，效率达到了sigma aldrich商用催化剂Ru/C（5wt%金属Ru）效率的80%以上，但价格仅为商用贵金属催化剂的5%左右；3）根据实验数据，对数据进行分析拟合，解析动力学方程。动力学研究表明，活化能仅为44.31kJ/mol，表明NiCo@C/ZrO2催化剂易于反应。此外，以简易模型化合物乙炔，采用原位红外、量子化学等手段研究分析了催化剂的表面反应过程，表明催化剂表面的氧化还原性，影响催化过程的吸脱附及裂解，因此影响催化反应过程。项目发表SCI论文（项目负责人第一或通讯）总计20篇，其中第一标注论文11篇，其它标注论文9篇。影响因子3以上论文16篇，一区论文6篇，申请专利2项。此外，进行了数据整理，相关成果参与申报了《高难有机废弃物水热定向控制资源化处置技术及产业化应用》（本人排名第一），获得中国发明协会一等奖。总之，研究开发了乳胶废液的超临界水气化新技术方法，实现环境污染处理与制氢结合，解析了过程、催化表面反应机理，为难处理废弃物的水热化学资源化处置提供了科学基础。