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生物质能源作为一种清洁的可再生能源,将在未来世界能源结构中占据越来越重要的位置。生物质能源利用对于发展低碳技术也具有十分重要的现实意义。在生物质能源利用的多种途径之中,热解被认为是其中最有潜力的技术之一,因此生物质热解液体产物的制备与分离精制也成为生物质能源研究中的热点与重点。
本文首先利用实验室自行研发的生物质快速热解系统制备生物油,研究了影响生物油产率的因素,并主要研究了分级冷凝系统与电捕获器分离精制生物油的可行性。利用分级冷凝系统及电捕获器可以得到5种生物油。研究了5种生物油的产率分布及其含水量、热值、粘度、pH值等理化特性。通过GC-MS分析了生物油的化学组成,考察了化合物在5种生物油中的分布,同时对分级冷凝系统及电捕获器分离生物油的效率作了统计评价。研究表明,电捕获器可以提高生物油5.96-25.9%的产率,通过分级冷凝系统可以有效地分离脱除生物油中的水分。分级冷凝系统及电捕获器可以完全分离大分子量的酚类、醛酮类物质,但对乙酸等小分子量的物质分离效果不显著。
本文也对生物质慢速热解的产物-木醋液进行了研究,并首次采用4-氨基安替吡啉分光光度法测定了木醋液中的总酚含量,研究了该方法的适用条件。实验结果表明,当稀释因子在40-500范围内,放置时间为10min时,酚类化合物的质量浓度在0.005-0.08g/L范围内与吸光度呈良好的线性关系,相关系数R2=0.9947。按不同的稀释因子测定了木醋液中的酚含量,其相对标准偏差(RSD)为0.38%。测定方法的平均回收率为99.4%,同时对减压蒸馏预处理进行了加标实验,其平均回收率为96.5%。
最后,本文首次采用分子蒸馏技术分离提纯木醋液,研究了分子蒸馏的操作条件对各馏分产率的影响以及对木醋液中吡啶、3-甲基吡啶等有害物质的去除效果。结果表明,在稻壳木醋液进料速度4.0g/min,蒸发温度30℃,压力5torr,刮板转速103.6rpm时,精制木醋液的产率大于85%,并且GC-MS结果表明精制木醋液中不含吡啶、3-甲基吡啶等有害物质,分子蒸馏分离效果较好。