C-CaO双基负载催化剂对生物质与塑料共气化制富氢合成气的增效机制研究

针对生物质气化产氢效率低、CO2排放高及塑料污染治理难题，研究人员创新开发HCSC-CaO双基负载催化剂，通过调控Ni/Fe比例及引入Co/Ce/Al改性，实现SL与PMF共气化H2产率提升至882.8 mL/g，CO2吸附量低至107.2 mL/g，为废弃物资源化与低碳制氢提供新策略。

　　

随着化石能源枯竭与环境问题加剧，生物质作为第四大能源因其碳中性特质备受关注。然而，生物质气化存在H₂产率低、CO₂排放高的瓶颈，而废弃塑料虽具高H/C比却面临污染难题。如何通过协同效应实现两者高效共转化成为研究热点。河南理工大学团队在《Journal of the Energy Institute》发表研究，提出C-CaO双基负载催化剂新策略，破解传统催化剂孔隙塌陷（生物质炭基）与活性位点不足（CaO基）的双重困境。

研究采用椰壳炭(HCSC)与CaO复合载体，通过Ni-Fe双金属负载及Al/Ce/Co改性，系统考察了原料配比、温度、蒸汽碳比(H₂O/C)对气化性能的影响。关键技术包括：1）以沙漠沙柳(SL)和农用地膜(PMF)为原料；2）BET/SEM/XRD表征催化剂结构；3）固定床反应器评估H₂与CO₂产率；4）循环实验验证稳定性。

主要结果

1. 材料特性：HCSC-CaO载体呈现分级孔隙结构，Ca(OH)₂/CaO提供CO₂吸附位点，NiO/Fe₂O₃促进C-H键断裂。
2. 条件优化：SL:PMF=3:1时H₂产率提升63.6%，800°C与H₂O/C=4条件下Ni-Fe/HCSC-CaO(Ni:Fe=1:1)实现793.4 mL/g H₂。
3. 金属改性：Al掺杂使Ni-Fe分散度提升，H₂产率达882.8 mL/g，循环5次后活性保持90%以上。
4. 机理分析：CaO吸附CO₂驱动WGS反应，Ni-Fe-Al协同促进焦油裂解与甲烷重整(SMR)。

结论与意义
该研究首创C-CaO双载体设计，兼具生物质炭的孔隙优势与CaO的CO₂捕获能力，通过多金属协同效应实现H₂产率提升40%以上。Xiaoping Wen团队证实Al-Ni-Fe/HCSC-CaO具备工业级稳定性，为废弃生物质与塑料"变废为氢"提供理论支撑，推动可再生能源与碳中和目标实现。