负载型金属催化剂的原位生成及其催化重整废塑料热解气的研究

The waste plastics pose a serious threat to the environment, ecosystems and human health, and this problem needs to be resolved urgently. Pyrolysis is an effective way to convert cheap waste plastics into high value-added energy. The catalytic reforming of hydrocarbons produced by pyrolysis of plastics into syngas, which not only provides a solution for the problem of waste plastic pollution, but also reduces the production cost of syngas. This strategy owns both social and economic benefits. The process route is pyrolysis-catalytic reforming, in which the catalyst plays a key role in product selectivity and yield. It is of great scientific significance and practical value to develop a novel catalyst with small size, good dispersibility, high catalytic reforming activity and strong anti-poisoning ability. The Ni, Fe or NiFe metal particles will be prepared using in situ exsolution method. The influence of its structure and physicochemical properties on the catalytic reforming activity was studied systematically. The pyrolysis process and catalytic reforming reaction process parameters will be also optimized. On this basis, combined with in situ DRIFTs and in situ TEM technologies, the reaction mechanism and deactivation mechanism during catalytic reforming reaction will be clarified. This will provide theoretical basis and research ideas for the design and development of efficient and stable catalysts in future.

废塑料对环境、生态系统及人类健康造成严重威胁，其污染问题亟需解决。热解是将廉价的废塑料转化为高品质能源的有效途径。将塑料热解气催化重整转化为合成气，不仅可以为废塑料污染问题提供解决方案，还可以降低合成气的生产成本，具有积极的社会效益和经济效益。该技术路线中，重整催化剂对产物的选择性和产率起关键作用。研发新型的尺寸小、分散性好，且反应活性高、抗失活能力强的催化剂具有非常重要的科学意义和实用价值。拟采用原位溶出法制备M/KxMn1-yMyOz(M=Ni, Fe, NiFe)，并进行结构调控，系统研究其结构及物理化学特性对其催化重整反应活性的影响，并对热解过程和催化重整反应过程的工艺参数进行优化。在此基础上，结合in situ DRIFTs和in situ TEM技术阐明废塑料热解气催化重整反应过程中催化剂的反应机制和失活机理，为设计和开发高效、稳定的催定的催化剂提供理论依据和研究思路。

以废塑料热解产生的碳氢化合物为碳源制备高附加值的合成气，具有积极的社会效益和经济效益。其中，催化材料对而成其的选择性和产量起关键作用。研发新型的尺寸小、分散性好，且催化反应活性高的催化剂具有非常重要的科学意义和实用价值。本项目采用多种合成方法制得原位生长的纳米Ni、NiFe双金属催化剂及核壳结构的Ni@S-1催化剂，系统研究其结构及物理化学特性对合成气的选择性和产量的影响机制。主要研究结果包括：1）金属—载体间相互作用是影响Ni金属催化剂活性的关键。与Ni/Mg和Ni/Sr相比，Ni/La具有适中的金属—载体间相互作用，析出的金属Ni颗粒的数量、尺寸和表面覆盖度达到了最佳的平衡，因此表现出了最高的催化裂解塑料热解气的活性；2）Fe/La催化剂存在很强的金属—载体间相互作用，导致其催化活性较差。为了提高其催化活性，采用不同含量的Ni部分取代Fe，制得的LaNi0.15Fe0.85样品具有适中的金属—载体间相互作用，还原后得到的样品表面的双金属覆盖度最高，同时存在Fe和Ni协同作用，极大地提高了催化裂解塑料热解气的活性；3）与Co/La、Fe/La相比，Ni/La催化剂的催化重整反应活性最好，得到的合成气的产量高且选择性好，副产物CO2的产量明显降低；4）构建核壳结构的Ni@S-1催化剂，与负载型金属催化剂（Ni/S-1）相比，该催化剂有助于限制金属的移动性和颗粒团聚，因此有效提高了合成气产量和选择性。