镍基催化焦油重整制氢与碳纳米管生长的耦合作用机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51806079
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0607.可再生能源与新能源利用中的工程热物理问题
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The formation of tar reduces the efficiency of biomass gasification, and is prone to cause clogging and fouling of downstream pipes and equipment. Nowadays, tar problem has become a bottleneck in the development of biomass gasification technology. This project combines catalytic tar reforming with catalytic chemical deposition, and proposes a new idea of using biomass tar as a carbon source to prepare co-production of hydrogen-rich gas and carbon nanotube (CNTs) over Ni-based catalysts. While solving the tar problem, high-grade nanocarbon materials are obtained, thereby improving the economy of gasification system and developing a low-cost preparation method of carbon nanotubes. This process includes catalytic tar reforming and CNTs growth. There exist strong coupling effects between these two processes. It is the key to resolve coupling effects for improving the yield and quality of co-products. Thus in this project, the mechanisms of catalytic reforming reaction and CNTs growth are analyzed by in-situ characterization and other advanced testing techniques. Based on the analysis of their coupling effects, kinetic model of coupling process is conduced, and finally propose comprehensive control methods of optimizing reaction conditions and catalyst modification. Through the research of this project, it can provide an important theoretical basis for the development and application of catalytic reforming of tar to prepare co-production of hydrogen-rich gas and CNTs.
焦油生成降低了生物质气化效率,而且容易在后续设备上冷凝导致堵塞和腐蚀等问题,焦油问题已经成为生物质气化技术发展的瓶颈。本项目将催化焦油重整与催化化学沉积法结合,提出利用生物质焦油作为碳源,镍基催化重整制备富氢气体和碳纳米管共产物的新思路。在解决焦油问题的同时,得到高品位纳米碳材料,从而提高气化系统的经济性并开发一种低成本的碳纳米管制备途径。催化焦油重整制备共产物包括催化重整和碳纳米管生长两个过程,两者之间存在强烈耦合作用,且解析该耦合作用是提高共产物产量和品质的关键。基于此,本项目借助原位表征等先进测试技术深入探究镍基催化重整反应过程和碳纳米管生长演化机理,解析两者之间耦合作用过程机理,从而建立共产物制备的动力学耦合模型,最终提出优化反应条件和催化剂改性的综合调控方法。通过本项目研究,能够为镍基催化焦油重整制备共产物技术的发展和应用提供重要理论基础。

结项摘要

本项目致力于镍基催化焦油重整制氢与碳纳米管生长的耦合作用机理研究。首先,探究了催化重整制氢过程中碳纳米管和无定形碳生成演化特性,发现了总积碳量呈现先增加后趋于稳定的趋势,无定形碳要先于碳纳米管生成,随着反应进行部分无定形碳转化为石墨型碳。然后,根据不同载体催化剂上碳纳米管生长特性,发现了催化剂载体与活性金属之间相互作用强弱决定了碳纳米管顶端生长与底部生长过程的规律,揭示了顶端自生长碳纳米管原位促氢效应,阐明了催化重整制氢与碳纳米管生长两过程的耦合作用机理。最后,利用密度泛函理论和过渡态理论,探究了不同活性晶面上催化裂解、积碳及碳纳米管生成过程中关键步骤的活化能和反应热,发现了Fe-Ni合金比Ni单质与Co-Ni合金表现出更高的催化活性和碳原子迁移速率,促进氢气和碳纳米管共产物的生成。基于以上结果,提出了催化剂配方(Fe/Ni为2)、反应温度(600oC)和水碳比(S/C为2)的调控策略,实现共产物产量和品质的最优化。另外,针对所制备碳纳米管实际应用中难分离的问题,开展了利用电极材料基体泡沫镍作为催化剂载体,在催化重整制氢的过程中原位生长碳纳米管,制备碳纳米管包裹泡沫镍的高性能纳米碳电极材料,该方法无需进行碳纳米管的分离。实验结果表明,原位制备的电极材料表现出优异的电化学性能和稳定性,在超级电容器等领域具有重要应用潜力。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(2)
镍基催化甲苯分解过程中无定形碳与石墨型碳生成及转化特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    廖广;何立模;胡松;陈小芳;任强强;向军
  • 通讯作者:
    向军
Formation of highly graphitic char derived from phenolic resin carbonization by Ni-Zn-B alloy
Ni-Zn-B合金酚醛树脂碳化高石墨炭的形成
  • DOI:
    10.1007/s11356-020-08459-z
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Qiangqiang Ren;Limo He;Song Hu;Hanjian Li;Shanxue Li;Zengtong Deng;Gongxiang Song;Sheng Su;Yi Wang;Jun Xiang
  • 通讯作者:
    Jun Xiang
Raman spectroscopy of biochar from the pyrolysis of three typical Chinese biomasses: A novel method for rapidly evaluating the biochar property
三种典型中国生物质热解生物炭的拉曼光谱:一种快速评估生物炭特性的新方法
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2020.117644
  • 发表时间:
    2020-07-01
  • 期刊:
    ENERGY
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Xu, Jun;Liu, Jiawei;Xiang, Jun
  • 通讯作者:
    Xiang, Jun
Evolution of nitrogen/oxygen substituted aromatics from sludge to light and heavy volatiles
氮/氧取代芳烃从污泥演变为轻质和重质挥发物
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2020.120327
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Hengda Han;Song Hu;Aishu Li;Yani Zhang;Zhe Xiong;Sijie Ma;Limo He;Hanjian Li;Yi Wang;Sheng Su;Jun Xiang
  • 通讯作者:
    Jun Xiang
Promoting effects of Fe-Ni alloy on co-production of H2 and carbon nanotubes during steam reforming of biomass tar over Ni-Fe/α-Al2O3
Fe-Ni合金对Ni-Fe/α-Al2O3生物质焦油蒸汽重整联产H2和碳纳米管的促进作用
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2020.118116
  • 发表时间:
    2020-09-15
  • 期刊:
    FUEL
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    He, Limo;Hu, Song;Xiang, Jun
  • 通讯作者:
    Xiang, Jun

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其他文献

Fe/生物质焦预重整在Ni基催化重整生物油中的作用
  • DOI:
    10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2685
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘启聪;何立模;邓增通;郭俊豪;吴鹏;胡松;向军;苏胜;许凯;汪一
  • 通讯作者:
    汪一
改性镍基催化剂催化甲苯重整与积碳特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何立模;胡松;汪一;苏胜;江龙;刘启聪;池寰瀛
  • 通讯作者:
    池寰瀛
基于拉曼成像的煤岩组分化学结构原位研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    章鑫;徐俊;许凯;何立模;韩亨达;江龙;汪一;苏胜;胡松;向军
  • 通讯作者:
    向军

其他文献

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何立模的其他基金

基于电子激发晶格氧释放强化的热电协同催化焦油重整制氢及抗积碳机理研究
  • 批准号:
    52376189
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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