CN115212911B - 一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料及其制备方法和应用，属于催化技术领域。本发明利用N原子锚定镍金属颗粒，增加镍金属在活性炭上分布的均匀性，另外，N原子掺杂和镍金属负载改变了生物炭的物理化学性质，N元素掺杂可增加生物炭的表面缺陷，进而增加其催化性能；此外，N元素和镍金属颗粒以及生物炭会形成Ni‑N‑C键，改变生物炭材料表面的电子云排布状态，进而增加催化剂的活性和稳定性，提高生物质热解制氢的选择性，增加氢气的产量。

Description

一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及催化技术领域，尤其涉及一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业的不断发展和人类生活水平的提高，煤炭、石油和天然气等化石燃料消耗量逐年增加。由于化石燃料的持续使用没有碳汇，严重扰乱了生态系统。因此，越来越多的国家开始重视发展风能、太阳能、地热能、核能、生物质能等可再生清洁能源。其中，生物质是一种碳中性资源，其储量巨大且可以转化为各种能源产品，被认为是继煤炭、石油和天然气之后世界第四大能源。
通过对生物质进行热化学转化，例如热解和气化，生成合成气体是目前最有潜力也是最可靠的生物质能源化方法。在合成气体中，氢气是一种热值高、无污染的新能源。它的燃烧只产生水，不产生任何污染物。因此生物质热解制氢受到了广泛的关注。用于生物质热解制氢的催化剂包括碱金属、碱土金属、过渡金属、天然矿石等。然而，现有生物质热解制备氢气技术的选择性不高，氢气产量较小，还达不到产业化的要求。因此开发具有高选择性、高氢气产量的廉价催化剂意义非凡。
生物炭基复合材料作为催化剂，广泛的应用于能源和环境领域。其可以通过生物质热解过程合成，操作简单且廉价易得。此外，生物炭可以通过酸活化、碱活化、气体活化、等离子体活化以及金属浸渍活化等，获得多级孔结构和较大的孔体积。因其具有高比表面积和丰富的孔结构而被作为载体以稳定金属纳米颗粒。制备生物炭基复合材料用于生物质热解制氢具有巨大应用价值。近年来，关于金属颗粒负载生物炭的研究已经取得了很大进展，但精细调控金属颗粒的理化性质，优化金属颗粒嵌入生物炭基质的工艺，从而提高其活性和稳定性以及热解制氢的选择性，仍是目前面临的技术瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料及其制备方法和应用，本发明制备的镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料具有高活性、高选择性和稳定性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料的制备方法，包括以下步骤：
将生物质进行热解，得到生物炭；
将所述生物炭进行活化，得到多级孔生物炭；
将所述多级孔生物炭置于氮源的水溶液中进行水热反应，得到氮掺杂多级孔生物炭；
将所述氮掺杂多级孔生物炭浸渍到镍离子的水溶液中，将所得浸渍体系干燥后进行煅烧，得到镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料。
优选的，所述热解的温度为500~750℃，时间为60~120min。
优选的，所述热解在绝氧或低氧条件下进行。
优选的，所述活化为碱活化、水蒸气活化或金属盐活化。
优选的，所述氮源包括尿素、氨水和硝酸铵中的一种或多种；所述氮源中N元素的质量为多级孔生物炭中C元素质量的10~20%。
优选的，所述水热反应的温度为100~200℃，时间为2~24h，压力为4~8MPa。
优选的，所述镍离子的水溶液中Ni元素的质量为多级孔生物炭中C元素质量的1~10%；所述镍离子的水溶液为硝酸镍水溶液或醋酸镍水溶液。
优选的，所述煅烧的温度为500~800℃，保温时间为1~2h。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料，包括氮掺杂多级孔生物炭，以及负载于所述氮掺杂多级孔生物炭上的镍金属颗粒和镍的氧化物。
本发明提供了上述方案所述镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料作为催化剂在催化生物质热解制氢中的应用。
本发明提供了一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料的制备方法，包括以下步骤：将生物质进行热解，得到生物炭；将所述生物炭进行活化，得到多级孔生物炭；将所述多级孔生物炭置于氮源的水溶液中进行水热反应，得到氮掺杂多级孔生物炭；将所述氮掺杂多级孔生物炭浸渍到镍离子的水溶液中，将所得浸渍体系干燥后进行煅烧，得到镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料。
本发明利用N原子锚定镍金属颗粒，增加镍金属在活性炭上分布的均匀性，另外，N原子掺杂和镍金属负载改变了生物炭的物理化学性质，N元素掺杂可增加生物炭的表面缺陷，进而增加其催化性能；此外，N元素和镍金属颗粒以及生物炭会形成Ni-N-C键，改变生物炭材料表面的电子云排布状态，进而增加催化剂的活性和稳定性，提高生物质热解制氢的选择性，增加氢气的产量。
此外，N掺杂和Ni金属颗粒的负载可以改变生物炭材料整体的酸性质，从而减少镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料在催化热解反应过程中的炭沉积，便于催化剂回收利用。
附图说明
图1为本发明镍负载氮掺杂多级孔生物炭催化秸秆热解制氢气的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料的制备方法，包括以下步骤：
将生物质进行热解，得到生物炭；
将所述生物炭进行活化，得到多级孔生物炭；
将所述多级孔生物炭置于氮源的水溶液中进行水热反应，得到氮掺杂多级孔生物炭；
将所述氮掺杂多级孔生物炭浸渍到镍离子的水溶液中，将所得浸渍体系干燥后进行煅烧，得到镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料。
在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
本发明将生物质进行热解，得到生物炭。
在本发明中，所述生物质优选包括秸秆、果木剪枝、稻壳、花生壳中的一种或多种。本发明优选将所述生物质粉碎至粒径为1~3cm，然后再进行热解。在本发明中，所述热解的温度优选为500~750℃，更优选为550~700℃，进一步优选为600~650℃；时间优选为60~120min，更优选为90~100min。在本发明中，升温至所述热解的温度的升温速率优选为10℃/min。在本发明中，所述热解优选在绝氧或低氧条件下进行；所述绝氧优选为氮气氛围；所述低氧条件的氧气浓度优选为1%以下。本发明在绝氧或低氧条件下进行热解，目的是提高生物炭产量。本发明在所述热解的过程中，生物质除了分解产生生物炭外，还会产生热解气和热解焦油。本发明优选将热解过程中产生的高温热解气经过保温输送至冷却系统，冷却系统采用循环水为冷却介质，将热解气温度降低至180℃，得到生物质热解焦油，并将热解得到的生物炭分离出来洗涤干燥后备用。
得到生物炭后，本发明将所述生物炭进行活化，得到多级孔生物炭。
在本发明中，所述活化优选为碱活化、水蒸气活化或金属盐活化。
在本发明中，所述碱活化优选包括以下步骤：将生物炭分散到氢氧化钾溶液中，将所得分散液蒸干，将所得固体在氮气气氛下进行活化。在本发明中，所述氢氧化钾溶液的浓度优选为0.1~1.0mol/L；所述生物炭的质量与氢氧化钾溶液的体积比优选为0.01~0.04g：1mL。在本发明中，所述分散优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的时间优选为8h。在本发明中，升温至所述活化的温度的升温速率优选为5℃/min。在本发明中，所述活化的温度优选为600℃，保温时间优选为2h。在本发明中，所述氮气的流量优选为400mL/min。
在本发明中，所述水蒸气活化优选包括以下步骤：将生物炭置于反应器中，向所述反应器中通氮气30min，然后以5℃/min的升温速率升至900℃，通入水蒸气活化2h，水蒸气流量为40mL/min，而后将气流切为氮气，在氮气保护下降至室温，得到多级孔生物炭。在本发明中，所述氮气的流量优选为40mL/min。本发明优选在管式炉中进行所述水蒸气活化。
在本发明中，所述金属盐活化优选包括以下步骤：将生物炭分散到碳酸钾溶液中，将所得分散液蒸干，将所得固体在氮气气氛下进行活化。在本发明中，所述碳酸钾溶液的浓度优选为0.2~0.8mol/L；所述生物炭的质量与碳酸钾溶液的体积比优选为0.01~0.05g：1mL。在本发明中，所述分散优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的时间优选为8h。在本发明中，升温至所述活化的温度的升温速率优选为5℃/min。在本发明中，所述活化的温度优选为600℃，保温时间优选为2h。在本发明中，所述氮气的流量优选为400mL/min。
本发明利用活化进行造孔和扩孔，增加生物炭的孔体积和平均孔径。
得到多级孔生物炭后，本发明将所述多级孔生物炭置于氮源的水溶液中进行水热反应，得到氮掺杂多级孔生物炭。
在本发明中，所述氮源优选包括尿素、氨水和硝酸铵中的一种或多种，更优选为尿素。在本发明中，所述氮源中N元素的质量优选为多级孔生物炭中C元素质量的10~20%，更优选为12~18%，进一步优选为14~16%。在本发明中，将所述多级孔生物炭置于氮源的水溶液中所形成的混合体系的固含量优选为15~20%。在本发明中，所述水热反应的温度优选为100~200℃，更优选为120~180℃，进一步优选为140~160℃；时间优选为2~24h，更优选为8~20h，进一步优选为12~16h；压力优选为4~8MPa，更优选为5~7MPa。本发明在所述水热反应过程中，N元素掺杂到多级孔生物炭中。完成所述水热反应后，本发明优选将水热反应所得产物用去离子水冲洗干净，放置于105℃烘箱内干燥12h，得到氮掺杂多级孔生物炭。
得到氮掺杂多级孔生物炭后，本发明将所述氮掺杂多级孔生物炭浸渍到镍离子的水溶液中，将所得浸渍体系干燥后进行煅烧，得到镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料。
在本发明中，所述镍离子的水溶液中Ni元素的质量优选为多级孔生物炭中C元素质量的1~10%，更优选为3~8%，进一步优选为5~6%；所述镍离子的水溶液优选为硝酸镍水溶液或醋酸镍水溶液。本发明对所述镍离子的水溶液的浓度没有特殊要求，满足镍元素和C元素质量比的前提下，镍离子的水溶液优选将氮掺杂多级孔生物炭浸没。将所述氮掺杂多级孔生物炭浸渍到镍离子的水溶液后，本发明优选搅拌6~24h。在本发明中，所述干燥的温度优选为105℃，本发明对所述干燥的时间没有特殊要求，以完全干燥为宜。在本发明中，所述煅烧的温度优选为500~800℃，更优选为550~750℃，进一步优选为600~700℃；保温时间优选为1~2h。在本发明中，升温至所述煅烧的温度的速率优选为5℃/min。在本发明中，所述煅烧优选在通氮气或氢气条件下进行。本发明在煅烧过程中将镍的金属盐转换为镍金属颗粒和镍的氧化物，并锚定在氮掺杂多级孔生物炭上。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料，包括氮掺杂多级孔生物炭，以及负载于所述氮掺杂多级孔生物炭上的镍金属颗粒和镍的氧化物。本发明利用N原子锚定镍金属颗粒，增加镍金属在活性炭上分布的均匀性，另外，N原子掺杂和镍金属负载改变了生物炭的物理化学性质，N元素掺杂可增加生物炭的表面缺陷，进而增加其催化性能；另外，N元素和镍金属颗粒以及生物炭会形成Ni-N-C键，改变生物炭材料表面的电子云排布状态，进而增加催化剂的活性和稳定性，提高生物质热解制氢的选择性，增加氢气的产量。
本发明提供了上述方案所述镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料作为催化剂在催化生物质热解制氢中的应用。在本发明中，所述生物质优选包括农作物秸秆，更优选为玉米秸秆和小麦秸秆中的一种或多种。在本发明中，所述生物质热解制氢优选在两级催化热解装置中进行。在本发明中，当所述生物质为农作物秸秆时，所述热解制氢的温度优选为800℃，升温至所述热解制氢的温度的升温速率优选为50℃/min。
完成热解制氢后，本发明优选将反应后的催化剂分离、洗涤、干燥，在低氧气氛中700℃热处理2h后投入下一次使用。在本发明中，所述低氧气氛中氧气的体积优选为总气体体积的1%。
一方面催化剂表面的炭沉积会导致催化剂失活，另一方面，催化剂被硫化或者磷化失去催化活性。本发明利用热处理可以在去除积碳的同时去除催化剂中的杂质使其恢复镍氧化物和镍单质状态。
图1为本发明镍负载氮掺杂多级孔生物炭催化秸秆热解制氢气的流程图。如图1所示，本发明将生物质进行热解，得到生物炭；本发明在热解产生生物炭的同时产生热解油和热解气，所述热解油和热解气可以用于生物质热解制氢；得到生物炭后，本发明将所述生物炭进行活化，得到多级孔生物炭；将所述多级孔生物炭置于氮源的水溶液中进行水热反应，得到氮掺杂多级孔生物炭；将所述氮掺杂多级孔生物炭浸渍到镍离子的水溶液中，将所得浸渍体系干燥后进行煅烧，得到镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料；所述镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料可以作为催化剂用于催化生物质热解制氢，且使用后的催化剂可以通过热处理再生，继续投入到生物质热解制氢反应中。
下面结合实施例对本发明提供的镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以玉米秸秆为原料，将玉米秸秆粉碎至粒径为1~3cm，放置于管式炉中进行热解反应，在此过程中通入氮气作为保护气氛，氮气流量为500mL/min，设置热解温度为600℃，保温时间为60min，升温速率为10℃/min，热解过程中产生的高温热解气经过保温输送至冷却系统，冷却系统采用循环水为冷却介质，将热解气温度降低至180℃，得到生物质热解焦油，并将热解所得到的生物炭分离出来洗涤干燥后备用。
将制备好的生物炭2g分散到50mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钾溶液中搅拌8h，将所得分散液蒸干后在氮气气氛下600℃活化2h，升温速率为5℃/min，氮气流量为400mL/min，得到多级孔生物炭。
将所述多级孔生物炭与尿素水溶液共同放置于水热反应釜中，进行水热反应，尿素中N元素的质量为多级孔生物炭中C元素质量的10%，水热温度为160℃，反应压力为4MPa，水热介质为去离子水，固含量为18%，水热时间为6h，将得到的水热产物用去离子水冲洗干净，抽滤后放置烘箱内烘干，烘箱温度105℃，烘干时间为12h，得到氮掺杂多级孔生物炭。
将所述氮掺杂多级孔生物炭浸渍到Ni(NO3)2溶液中，在室温下搅拌24h，转速为600r/min，Ni的质量为C元素质量的5%，后将浸渍体系在105℃烘干12h，而后放入管式炉在氮气气氛中600℃煅烧2h，煅烧过程中升温速率为5℃/min，得到孔隙丰富、高活性的镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料。
应用例1
将2g实施例1制备的镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料作为催化剂加入两级催化热解装置，玉米秸秆量为5g，热解温度为800℃，升温速率为50℃/min，测试得H2的产量为300mL/g，催化剂的加入大大提高了H2的选择性，所产生H2占合成气的摩尔比为70%。
将反应后的催化剂分离、用去离子水洗涤三次、105℃干燥12h，而后放入管式炉中，在含有低氧气氛（O2占总气体的体积比为1%）下700℃煅烧2h，升温速率为10℃/min，反应后妥善保存催化剂以备下一次使用。将催化剂再生循环使用五次，再生后催化剂的性能见表1。
表1 实施例1催化剂循环利用过程中气体总量和氢气产量
Figure 294668DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，实施例1的催化剂再生后性能虽略有降低，但循环使用五次后，仍具有较高的氢气产量。
实施例2
以玉米秸秆和小麦秸秆为原料，将玉米秸秆和小麦秸秆混合物（玉米秸秆与小麦秸秆质量比为4:1）粉碎至粒径为1~3cm，放置于管式炉中进行热解反应，过程中通入氮气作为保护气氛，氮气流量为500mL/min，设置热解温度为600℃，保温时间为60min，升温速率为10℃/min，热解过程中产生的高温热解气经过保温输送至冷却系统，冷却系统采用循环水为冷却介质，将热解气温度降低至180℃，得到生物质热解焦油，并将热解所得到的生物炭分离出来洗涤干燥后备用。
将制备好的生物炭2g置于管式炉中，通氮气30min，氮气流量为40mL/min，然后通入水蒸气，900℃活化2h，升温速率为5℃/min，水蒸气流量为40mL/min，而后将气流切为氮气，在氮气保护下降至室温，得到多级孔生物炭。
将所述多级孔生物炭与尿素水溶液共同放置于水热反应釜中，进行水热反应，尿素中N元素的质量为多级孔生物炭中C元素质量的10%，水热温度为160℃，反应压力为4MPa，水热介质为去离子水，固含量为15%，水热时间为6h，将得到的水热产物用去离子水冲洗干净，抽滤后放置烘箱内烘干，烘箱温度105℃，烘干时间为12h，得到氮掺杂多级孔生物炭。
将所述氮掺杂多级孔生物炭浸渍到Ni(NO3)2溶液中，在室温下搅拌24h，转速为600r/min，Ni的质量为C元素质量的5%，浸渍体系在105℃蒸干，而后放入管式炉在氮气气氛中600℃煅烧2h，煅烧过程中升温速率设置为5℃/min，得到孔隙丰富、高活性的镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料。
应用例2
将2g实施例2制备的镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料作为催化剂加入两级催化热解装置，玉米秸秆和小麦秸秆量共5g（玉米秸秆与小麦秸秆质量比为4:1），热解温度为800℃，升温速率为50℃/min，测试得H2的产量为320mL/g，催化剂的加入大大提高了H2的选择性，所产生H2占合成气的摩尔比为68%。
将反应后的催化剂分离、用去离子水洗涤三次、105℃干燥12h，而后放入管式炉中，在低氧气氛下（O2与总气体的体积比为1%）700℃，煅烧2h，升温速率为10℃/min，反应后妥善保存催化剂以备下一次使用。将催化剂再生循环使用五次，再生后催化剂的性能见表2。
表2 实施例2催化剂循环利用过程中气体总量和氢气产量
Figure 424298DEST_PATH_IMAGE002
由表2可知，实施例2的催化剂再生后性能虽略有降低，但循环使用五次后，仍具有较高的氢气产量。
实施例3
以玉米秸秆为原料，将玉米秸秆粉碎至粒径为1~3cm，放置于管式炉中进行热解反应，过程中通入氮气作为保护气氛，氮气流量为500mL/min，设置热解温度为600℃，保温时间为60min，升温速率为10℃/min，热解过程中产生的高温热解气经过保温输送至冷却系统，冷却系统采用循环水为冷却介质，将热解气温度降低至180℃，得到生物质热解焦油，并将热解所得到的生物炭分离出来洗涤干燥后备用。
将制备好的生物炭2g分散到50mL浓度为0.5mol/L的碳酸钾溶液中搅拌8h，将所得分散液蒸干后在氮气气氛下600℃活化2h，升温速率为5℃/min，氮气流量为400mL/min，得到多级孔生物炭。
将所述多级孔生物炭与氨水溶液共同放置于水热反应釜中，进行水热反应，N与C质量比1:10，水热温度为160℃，反应压力为4MPa，水热介质为去离子水，固含量为15%，水热时间为6h，将得到的水热产物用去离子水冲洗干净，抽滤后于烘箱内烘干，烘箱温度105℃，烘干时间为12h，得到氮掺杂多级孔生物炭。
将所述氮掺杂多级孔生物炭浸渍到Ni(NO3)2溶液中，在室温下搅拌24h，转速为600r/min，Ni的质量为C元素质量的5%，浸渍体系在105℃烘干12h，而后放入管式炉在氮气气氛中600℃煅烧2h，煅烧过程中升温速率设置为5℃/min，得到孔隙丰富、高活性的镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料。
应用例3
将2g实施例3制备的镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料作为催化剂加入两级催化热解装置，玉米秸秆量为5g，热解温度为800℃，升温速率为50℃/min，测试得H2的产量为240mL/g，催化剂的加入提高了H2的选择性，所产生H2占合成气的摩尔比为65%。
将反应后的催化剂分离、用去离子水洗涤三次、105℃干燥12h，而后放入管式炉中，在低氧气氛下（O2与总气体的体积比为1%）700℃，煅烧2h，升温速率为10℃/min，反应后妥善保存催化剂以备下一次使用。将催化剂再生循环使用五次，再生后催化剂的性能见表3。
表3 实施例3催化剂循环利用过程中气体总量和氢气产量
Figure 200187DEST_PATH_IMAGE003
由表3可知，实施例3的催化剂再生后性能虽略有降低，但循环使用五次后，仍具有较高的氢气产量。
对比例1
以玉米秸秆为原料，将玉米秸秆粉碎至粒径为1~3cm，放置于管式炉中进行热解反应，此过程中通入氮气作为保护气氛，氮气流量为500mL/min，设置热解温度为600℃，保温时间为60min，升温速率为10℃/min，热解过程中产生的高温热解气经过保温输送至冷却系统，冷却系统采用循环水为冷却介质，将热解气温度降低至180℃，得到生物质热解焦油，并将热解所得到的生物炭分离出来洗涤干燥后备用。
将制备好的生物炭2g分散到50mL浓度为0.5mol/L氢氧化钾溶液中搅拌8h，将所得分散液蒸干后在氮气气氛下600℃活化2h，升温速率为5℃/min，氮气流量为400mL/min，得到多级孔生物炭。
将所述多级孔生物炭与Ni(NO3)2溶液混合，在室温下搅拌24h，转速为600r/min，Ni的质量为C元素质量的5%，悬浮体在105℃烘干12h，而后放入管式炉在氮气气氛中600℃煅烧2h，煅烧过程中升温速率设置为5℃/min，将粒径为纳米级的镍金属颗粒锚定在活性炭上面，得到镍负载生物炭材料。
对比应用例1
将2g对比例1制备的镍负载生物炭材料作为催化剂加入两级催化热解装置，玉米秸秆量为5g，热解温度为800℃，升温速率为50℃/min，测试得H2的产量为100mL/g，所产生H2占合成气的摩尔比为40%。
将反应后的催化剂分离、用去离子水洗涤三次、105℃干燥12h，而后放入管式炉中，在低氧气氛（O2与总气体的体积比为1%）下700℃，煅烧2h，升温速率为10℃/min，反应后妥善保存催化剂以备下一次使用。将催化剂再生循环使用五次，再生后催化剂的性能见表4。
表4 对比例1催化剂循环利用过程中气体总量和氢气产量
Figure 694754DEST_PATH_IMAGE004
由表4可知，对比例1的催化剂未进行氮掺杂，相较实施例1的催化剂，对比例1的催化剂再生后性能有明显降低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种氮掺杂多级孔生物炭负载镍材料作为催化剂在催化生物质热解制氢中的应用，其特征在于，所述氮掺杂多级孔生物炭负载镍材料的制备方法包括以下步骤：
将生物质进行热解，得到生物炭；所述热解的温度为500~750℃，时间为60~120min；
将所述生物炭进行活化，得到多级孔生物炭；所述活化为碱活化、水蒸气活化或金属盐活化；当所述活化为碱活化时，所述活化的温度为600℃；
将所述多级孔生物炭置于含有氮源的水溶液中进行水热反应，得到氮掺杂多级孔生物炭；所述氮源包括尿素、氨水或硝酸铵中的一种或多种；所述氮源中N元素的质量为多级孔生物炭中C元素质量的10~20%；所述水热反应的温度为100~200℃，时间为2~24h，压力为4~8MPa；
将所述氮掺杂多级孔生物炭浸渍到含有镍离子的水溶液中，将所得浸渍体系干燥后进行煅烧，得到氮掺杂多级孔生物炭负载镍材料；
所述氮掺杂多级孔生物炭负载镍材料包括氮掺杂多级孔生物炭，以及负载于所述氮掺杂多级孔生物炭上的镍金属颗粒和镍的氧化物。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述热解在绝氧或低氧条件下进行。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述含有镍离子的水溶液中Ni元素的质量为多级孔生物炭中C元素质量的1~10%；所述含有 镍离子的水溶液为硝酸镍水溶液或醋酸镍水溶液。
4.根据权利要求1或3所述的应用，其特征在于，所述煅烧的温度为500~800℃，保温时间为1~2h。
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