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随着人类社会和工业产业的快速发展，以煤炭、石油、天然气为代表的传统化石燃料消耗量激增，而二氧化碳等温室气体的排放量也逐年增长，不断加剧全球变暖等一系列生态环境问题。另外，化石燃料的快速消耗使得人类将面临日益严重的能源短缺问题。我国具有非常丰富的有机废弃物资源，由于有机废弃物的分布广泛，储量巨大，对其进行高效开发和能源转化利用对于逐步改变我国以传统化石燃料为主的能源结构具有非常重要的意义。
本文以餐厨垃圾为研究对象，从优化反应条件、催化剂选择和垃圾分选三个角度入手，致力于探究餐厨垃圾在超临界水中能源转化的可行性和解决气化转化过程中存在的问题。本文的主要工作及结果可归纳如下：
(1)餐厨垃圾超临界水气化制氢实验研究。以四种代表性食物垃圾组成的模拟餐厨垃圾为原料，研究了反应温度(420-500℃)、运行时间(20-60min)、原料浓度(2–10wt%)等主要运行条件和四种商用催化剂(FeCl3、K2CO3、活性炭和KOH)对餐厨垃圾气化过程的影响。结果表明，更高的反应温度，更长的停留时间以及更低的原料浓度有利于餐厨垃圾超临界水气化过程，并且KOH催化剂的添加对富氢合成气和氢气的产率呈现出最优的催化促进作用。
(2)镧(La)促进的负载型镍基催化剂催化餐厨垃圾超临界水气化的机理研究。通过浸渍法在活性氧化铝载体上负载镧(La)和镍(Ni)以此制备La促进的Ni/Al2O3催化剂(Ni负载量为15%，La负载量为3-15wt%)。餐厨垃圾超临界水催化气化实验在420-480℃的反应温度范围内运行，并且通过对催化剂重复使用以及对重复使用后的催化剂进行碳沉积分析来评估催化剂的性能。结果表明，La促进的Ni/Al2O3催化剂比Ni/Al2O3催化剂具有更好的抗碳沉积性能，使得重复循环后的气化效率更高，并且9wt%La促进的Ni/Al2O3催化剂(Ni/9La-Al2O3)展示出最佳的催化效果。
(3)有塑料存在的未分选餐厨垃圾超临界水气化制氢研究以及垃圾分类的实施对餐厨垃圾超临界水气化的影响。首先，将餐厨垃圾与塑料垃圾进行混合来模拟未进行分选的餐厨垃圾。通过研究反应温度，运行时间和原料浓度等主要运行参数以及常见食物添加剂(NaCl,NaHCO3和Na2CO3)对气化过程的影响来探究未进行分类的餐厨垃圾在超临界水中的气化产物特性。另外，通过改变餐厨垃圾内塑料的比例来模拟垃圾分类实施的水平，从而来探索垃圾分类的实施对餐厨垃圾超临界水气化的影响。结果表明，更高的反应温度，更长的停留时间以及更低的原料浓度可以促进未分选的餐厨垃圾超临界水气化过程。餐厨垃圾中含Na+的食品添加剂对未分选餐厨垃圾超临界水气化有一定的催化效果。通过研究餐厨垃圾中不同塑料含量对其超临界水气化的影响发现，积极推进垃圾分类，即降低餐厨垃圾中塑料的含量有助于提高餐厨垃圾超临界水气化的氢气产率，合成气产率以及气化效率。
(4)餐厨垃圾脱油废水超临界水气化研究。在目前的餐厨垃圾处理过程中，由于餐厨垃圾中油脂含量较高，因此脱油脂过程可以实现餐厨垃圾中的油脂回收利用，然而，餐厨垃圾脱油后会产生大量的废水，本研究将使用超临界水气化技术对餐厨垃圾脱油废水进行处理，研究不同的运行餐厨和活性炭催化剂的添加对其气相产物、气化效率以及污染物去除的影响。在研究的参数范围内，提高反应温度和延长停留时间除了可以提高餐厨垃圾去油脂废水超临界水气化的产气量和效率，还可以有效地提高TOC和COD的去除率。3.5wt%活性炭添加后，TOC去除率和COD去除率分别达到76.32%和93.15%。此外，活性炭对餐厨垃圾废水中的Na和K元素也有潜在的吸附作用。
综上所述，本文对餐厨垃圾超临界水气化进行了较为系统地实验研究，对我国餐厨垃圾高效处理并实现其能源的高效转化具有指导意义，同时促进超临界水气化制氢技术在更广泛领域进行运用，加快实现工业化应用。
本文以餐厨垃圾为研究对象，从优化反应条件、催化剂选择和垃圾分选三个角度入手，致力于探究餐厨垃圾在超临界水中能源转化的可行性和解决气化转化过程中存在的问题。本文的主要工作及结果可归纳如下：
(1)餐厨垃圾超临界水气化制氢实验研究。以四种代表性食物垃圾组成的模拟餐厨垃圾为原料，研究了反应温度(420-500℃)、运行时间(20-60min)、原料浓度(2–10wt%)等主要运行条件和四种商用催化剂(FeCl3、K2CO3、活性炭和KOH)对餐厨垃圾气化过程的影响。结果表明，更高的反应温度，更长的停留时间以及更低的原料浓度有利于餐厨垃圾超临界水气化过程，并且KOH催化剂的添加对富氢合成气和氢气的产率呈现出最优的催化促进作用。
(2)镧(La)促进的负载型镍基催化剂催化餐厨垃圾超临界水气化的机理研究。通过浸渍法在活性氧化铝载体上负载镧(La)和镍(Ni)以此制备La促进的Ni/Al2O3催化剂(Ni负载量为15%，La负载量为3-15wt%)。餐厨垃圾超临界水催化气化实验在420-480℃的反应温度范围内运行，并且通过对催化剂重复使用以及对重复使用后的催化剂进行碳沉积分析来评估催化剂的性能。结果表明，La促进的Ni/Al2O3催化剂比Ni/Al2O3催化剂具有更好的抗碳沉积性能，使得重复循环后的气化效率更高，并且9wt%La促进的Ni/Al2O3催化剂(Ni/9La-Al2O3)展示出最佳的催化效果。
(3)有塑料存在的未分选餐厨垃圾超临界水气化制氢研究以及垃圾分类的实施对餐厨垃圾超临界水气化的影响。首先，将餐厨垃圾与塑料垃圾进行混合来模拟未进行分选的餐厨垃圾。通过研究反应温度，运行时间和原料浓度等主要运行参数以及常见食物添加剂(NaCl,NaHCO3和Na2CO3)对气化过程的影响来探究未进行分类的餐厨垃圾在超临界水中的气化产物特性。另外，通过改变餐厨垃圾内塑料的比例来模拟垃圾分类实施的水平，从而来探索垃圾分类的实施对餐厨垃圾超临界水气化的影响。结果表明，更高的反应温度，更长的停留时间以及更低的原料浓度可以促进未分选的餐厨垃圾超临界水气化过程。餐厨垃圾中含Na+的食品添加剂对未分选餐厨垃圾超临界水气化有一定的催化效果。通过研究餐厨垃圾中不同塑料含量对其超临界水气化的影响发现，积极推进垃圾分类，即降低餐厨垃圾中塑料的含量有助于提高餐厨垃圾超临界水气化的氢气产率，合成气产率以及气化效率。
(4)餐厨垃圾脱油废水超临界水气化研究。在目前的餐厨垃圾处理过程中，由于餐厨垃圾中油脂含量较高，因此脱油脂过程可以实现餐厨垃圾中的油脂回收利用，然而，餐厨垃圾脱油后会产生大量的废水，本研究将使用超临界水气化技术对餐厨垃圾脱油废水进行处理，研究不同的运行餐厨和活性炭催化剂的添加对其气相产物、气化效率以及污染物去除的影响。在研究的参数范围内，提高反应温度和延长停留时间除了可以提高餐厨垃圾去油脂废水超临界水气化的产气量和效率，还可以有效地提高TOC和COD的去除率。3.5wt%活性炭添加后，TOC去除率和COD去除率分别达到76.32%和93.15%。此外，活性炭对餐厨垃圾废水中的Na和K元素也有潜在的吸附作用。
综上所述，本文对餐厨垃圾超临界水气化进行了较为系统地实验研究，对我国餐厨垃圾高效处理并实现其能源的高效转化具有指导意义，同时促进超临界水气化制氢技术在更广泛领域进行运用，加快实现工业化应用。