金属盐浸渍生物质催化热解转化制备生物气与纳米催化剂包覆多孔生物炭的机理研究

本文创新性地研究了铜/镍硝酸盐浸渍甘蔗渣(SCPB)的慢速热解动力学行为，通过热重-红外联用技术(TGA/FTIR)揭示了生物炭形成与合成气演化规律。研究发现SCPB/CuNi在328°C出现中间分解峰，其活化能(Ea=90 kJ·mol-1)显著低于纯SCPB(234 kJ·mol-1)，证实金属盐可有效催化热解过程。该研究为生物质能源化利用及多功能纳米催化剂开发提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过湿法浸渍将铜/镍硝酸盐负载于甘蔗渣(SCPB)，采用热重-红外联用技术(TGA/FTIR)模拟管式炉热解过程。SCPB/CuNi在328°C呈现中间分解峰，较纯SCPB降低10°C。动力学分析采用Flynn-Wall-Ozawa (FWO)和分布式活化能模型(DAEM)，测得SCPB/CuNi活化能(Ea=90 kJ·mol^-1)显著低于纯SCPB(234 kJ·mol^-1)。

Sample preparation

实验选用埃及产甘蔗渣(SCPB)，粉碎至600 μm以下颗粒。采用硝酸铜(Cu(NO₃)₂·3H₂O)和硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)进行湿法浸渍，金属盐负载量为0.5 mmol/g生物质。

Workflow

基于前期研究，选择500°C作为最佳热解温度。通过TGA-FTIR联用技术实时监测生物质分解过程，同步分析CO_x、N_xO_x、CH₄和H₂等合成气产物。

Conclusion

研究证实铜镍纳米颗粒可催化SCPB分解，形成具有分级孔隙结构的生物炭。金属盐在热解过程中经历"盐→氧化物→纳米颗粒"的连续转化，最终生成高度分散的纳米催化剂。该生物炭在染料降解等环境修复领域展现优异性能，且可通过磁性回收重复利用。