Ni/MgAl2 O4 催化剂在生物油联合蒸汽/干重整中的稳定性与完全再生性能研究

研究人员针对生物油重整过程中催化剂易失活的问题，开发了Ni/MgAl2 O4 催化剂用于联合蒸汽/干重整（CSDR）反应。结果表明，该催化剂在700°C条件下展现出85%的氧合物转化率和18%的CO2 转化率，并通过原位再生实现性能完全恢复，为生物质能源转化与CO2 增值提供了高效解决方案。

　　

随着全球对可再生能源和碳减排需求的增长，生物油（生物质快速热解液体产物）的催化重整成为同时实现生物质资源化利用和CO₂
增值的关键技术。然而，传统镍基催化剂在生物油联合蒸汽/干重整（CSDR）过程中面临严重碳沉积和不可逆失活问题，制约了其工业化应用。针对这一挑战，研究人员通过系统比较不同载体和制备方法的镍基催化剂性能，发现Ni/MgAl_{2尖晶石载体催化剂展现出卓越的稳定性和再生能力。}

研究团队采用共沉淀法和湿浸渍法制备了四种催化剂：15Ni/MgAl₂
O₄
、36Ni/Al₂
O₃
-cp（尖晶石还原）、10Ni/Al₂
O₃
-wi和36Ni/Al₂
O₃
-wi（浸渍法）。通过两段式反应装置（热解单元+流化床反应器）在700°C、CO₂
/C=0.6、S/C=0.5条件下进行评价，结合N₂
吸附、XRD、TPR、TPO和SEM等技术分析催化剂结构演变与失活机制。

催化剂性能比较
15Ni/MgAl₂
O₄
与36Ni/Al₂
O₃
-cp表现出最优稳定性，6小时内氧合物转化率保持74-90%，合成气（H₂
+CO）收率达88-98%。而浸渍法制备的催化剂因大量无定形碳（7.8wt%）覆盖活性位点而快速失活。TPO分析揭示碳沉积存在两种形态：低温燃烧的无定形碳（<500°C）主要导致失活，高温燃烧的纳米结构碳（630°C）对活性影响较小。

再生能力突破
通过850°C空气再生，15Ni/MgAl₂
O₄
在二次反应中完全恢复初始活性，而36Ni/Al₂
O₃
-cp因尖晶石重构不完全导致性能衰减。TPR证实MgAl₂
O₄
载体促进Ni物种在再生过程中重新嵌入尖晶石结构，而Al₂
O₃
载体则形成难以还原的NiO相。

结构特性解析
XRD显示15Ni/MgAl₂
O₄
的Ni晶粒尺寸稳定在16nm，SEM观察到其表面碳纤维呈现不规则团聚形态。相较之下，高镍含量催化剂（36Ni/Al₂
O₃
-wi）的Ni晶粒达51nm，加速了碳沉积。

该研究证实MgAl₂
O₄
载体的低酸性和强金属-载体相互作用能有效抑制碳沉积并促进Ni物种再生，为生物油CSDR工艺的工业化提供了关键材料解决方案。论文发表于《Journal of CO₂
Utilization》，为碳捕获利用（CCUS）技术开发提供了新思路。