碱金属/碱土金属催化湿餐厨垃圾SCWG制氢的定向调控机制研究

The high moisture content, high salinity and unstable ingredient in kitchen garbage are the current barriers for its recycling technology. In this study, we focus on the controllability of hydrogen production from chemical energy conversion of wet garbage without solid-liquid separation. The gasification characteristics and product characteristics of garbage in supercritical water will be investigated systematically. In-depth explorations of the effects of reaction composition and gasification process parameters on the yield of hydrogen, the dynamic response mechanism between the reactant composition model and the product distribution will be obtained. This study also demonstrates the catalytic mechanism of sodium/potassium/calcium synergistic catalysis of hydrogen in supercritical water to clarify its behavior in the gasification process and the relationship between hydrogen yield and supercritical water gasification efficiency to help with decisions on the directional control strategy based on reaction condition adjustments and the three elements synergistic catalysis on SCWG hydrogen production. A process model of hydrogen production from kitchen garbage by a controllable supercritical system will be constructed. The study will provide a new solution for the short flow recycle of processing kitchen garbage. It could also provide theoretical support for improving the efficiency of other high humidity biomass gasification hydrogen production.

餐厨垃圾成分不稳定、含水含盐率高是目前实现资源化的主要瓶颈。本研究以湿餐厨垃圾化学能源转化制氢的可控性为研究目标，在不进行固液分离前提下，系统研究餐厨垃圾在超临界水为反应介质体系中的气化特性和产物特征，探讨反应底物成分与气化过程参数对氢气产率的影响规律，构建反应物成分模型与产物分布及回收率之间的动态响应机制；探讨以底物中碱金属/碱土金属为催化剂条件下钠/钾/钙协同产氢催化作用机制，分析氢气产率与超临界水气化效能之间的平衡关系，提出湿餐厨垃圾SCWG制氢的定向控制策略，构建一种可控的超临界体系催化餐厨垃圾气化制氢的工艺模式。该研究可为餐厨垃圾资源化减量化提供新方法，为提高其他高湿度生物质气化产氢效率提供理论支撑。

在项目资助下本课题组完成了“湿餐厨垃圾超临界水气化行为及产物动态响应机制”、“AAEMs催化对产氢的作用机制及影响规律”、“多方式协同定向产氢的调控机制”。.（1）反应温度对SCWG有明显的影响，高温（450℃）有利于提高产氢量。温度的升高促进水煤气变换反应和自由基反应的发生，从而促进了气态产物的形成。停留时间从20 min增加到60 min，制氢量增加了15％。结果表明，餐厨垃圾作为一种生物质资源，可以通过SCWG生产氢而实现湿餐厨垃圾的处置与资源化。.（2）通过研究模拟真实的餐厨垃圾在微型高压釜中用各种碱性催化剂（NaOH、KOH、NaHCO3、NaCl、KCl）进行超临界气化气体产量变化情况，探索了不同的碱金属浓度对高效制氢的影响。总气化效率（CGE）和H2产率随催化剂负载量增加，氢气选择性也显著增加，结果表明较高的碱金属浓度十分有利于餐厨垃圾的高效气化制氢。.（3）剩余液循环次数增加，剩余液中反应性强强的物质超过阈值开始缩聚成焦炭，最终固体残渣碳含量基本稳定在80%左右；对剩余固体残渣进行表面官能团分析发现，随着循环次数的增加，芳香族化合物的强度在不断增强，这表明固体残渣中的焦炭含量在不断增加；对残渣也做了吸附曲线分析，发现其孔径分布主要在50-150nm范围内。.（4）超临界气化制氢过程不仅产生了氢气，而且对餐厨垃圾等有机物进行了有效降解，是一种环境友好型的新能源产生方式。基于目前国际上对超临界水气化制氢的研究，为餐厨垃圾作为反应原料进行超临界水气化制氢提供了可能性。餐厨垃圾是高盐、高含水量有机物，以这种方式既能得到新能源也能实现该有机物的处理。.（5）已完成预期指标，在SCI收录刊物发表论文4篇，其中Top论文1篇；发明专利2项。