化石能源的短缺及其使用过程中所产生的环境污染促进了生物能源的进一步发展。生物质是制取液态生物能源的最主要资源。近年来,热化学液化技术被广泛应用于生物质制取生物油的研究。生物质液化是一种低温和高压的热化学转化过程。在水溶剂或其它合适溶剂的作用下,生物质首先被降解成小分子的碎片。然后,这些不稳定且具有反应活性的小分子碎片通过重聚合作用形成不同分子量的生物油组分。在液化过程中,液化溶剂和生物质分子之间相互作用的强弱对生物质液化产物的分布和组成具有决定性的作用。从环境和经济的角度而言,相比有机溶剂,利用水作为生物质液化的介质更有优势,然而其较高的临界点又使水溶剂处于劣势地位。生物质在水中液化的缺点还包括:非水溶性的生物油产物产率较低,而水溶性的生物油产物产率较高。水溶性的生物油具有较高的氧含量且热值较低。为了提高非水溶性生物油的产率,近年来有机溶剂,如甲醇、乙醇、丙酮和1,4-二氧六环等,被用来代替水溶剂用于生物质的液化。针对典型生物质在亚/超临界有机溶剂中液化行为的研究现状和不足,本文开展了如下几个方面的研究工作。首先,对比研究了污泥在不同有机溶剂(甲醇、乙醇和丙酮)中的液化行为。不同液化溶剂中污泥的转化率:甲醇>乙醇>丙酮。然而,污泥在丙酮溶剂中液化所获得的生物油产率最高。液化溶剂的类型对生物油的组成具有显著的影响。以甲醇和乙醇为液化溶剂时,生物油的主要成分是酯类化合物。而污泥在丙酮溶剂中液化所获得的生物油主要由酮类和含氮化合物构成。另外,生物油中还包括少量的酚类化合物、醇和碳氢化合物。与甲醇和丙酮相比,当以乙醇作为液化溶剂时,生物油的热值较高,达到38.42MJ/kg。生物油的热重分析表明:上述三种生物汕中均含有较高比例的低沸点物质(<350℃),具体的含量范围为78.13～85.76%。其次,对比研究了微藻(螺旋藻)、木质纤维素(稻草)和污泥在乙醇中的液化行为。尽管污泥中所含有机物的含量最低,但是污泥液化后的生物油产率最高,达到39.5±1.16%。稻草和螺旋藻液化后生物油产率仅为21.1±0.93%和34.5±1.31%。此外,污泥液化后所获得的生物油的热值也最大,达到36.14MJ/kg。但是,螺旋藻的转化率是最高的(79.7±1.02%)。生物油的气质联用分析表明:稻草液化生物油的主要成分是酚类化合物,而污泥和螺旋藻液化生物油的主要由酯类化合物构成。通过C-NPgram方法分析了生物油中碳氢化合物的挥发性分布情况。对于污泥和螺旋藻而言,生物油中大部分碳氢化合物主要分布在C17和C20,而稻草液化生物油中大部分碳氢化合物主要分布在C8。总得来说,生物质的类型对其液化过程具有显著的影响。再次,优化了稻壳在亚/超临界乙醇中的液化参数。稻壳液化的实验条件:液化温度(240～360℃)、固液比(5～15%)、溶剂填充率(10～30%)及铁系催化剂(FeS和FeSO4)和碱金属化合物催化剂(NaOH和Na2CO3)。不加催化剂时,生物油的产率达到11.8～24.2%。随着液化温度和溶剂填充率的提高,生物油产率先上升后下降。另外,固液比越高,生物油产率越低。在上述催化剂当中,NaOH催化剂的效果最佳且合适的剂量为10%左右。与稻壳原料的热值相比(14.9MJ/kg),生物油的热值显著提高,达到20.9～24.8MJ/kg。未加催化剂时,生物油的主要组分是酚类化合物,而加入NaOH催化剂后,生物油的主要成分则为长链的烷烃。再次,优化了螺旋藻在亚/超临界乙醇中的液化参数。螺旋藻液化的实验条件:液化温度(280～380℃)、固液比(0.025～0.125g/mL)、溶剂填充率(10～30%)及铁系催化剂(FeS和FeSO4)和碱金属化合物催化剂(NaOH和Na2CO3)。不加催化剂时,生物油的产率达到35.4～45.3%。随着液化温度和溶剂填充率的提高,生物油产率逐渐上升。另外,固液比越高,生物油产率越低。在上述催化剂当中,FeS催化剂的效果最佳且合适的剂量为5～7%。与螺旋藻原料相比,生物油具有更高的热值。加入FeS催化剂时,生物油的主要组分和未加催化剂条件下生物油的主要成分相同,都是脂肪酸乙酯。再次,从定性的角度分析了污泥液化前后重金属的生物有效性和生态毒性的变化。污泥液化残渣当中的重金含量大约为原污泥中重金属含量的两倍。污泥液化残渣当中重金属的残留率达到了 80%左右,也就是说污泥经液化之后,污泥当中的重金属主要富集在了污泥液化残渣当中。对比分析原污泥和污泥液化残渣当中重金属的化学形态可知,活性态的重金属(酸可溶/可交换态和还原态)向相对稳定形态的重金属(氧化态和残渣态)转化。因此,尽管与原污泥相比,污泥液化残渣中的重金属含量升高了,但是重金属的生物有效性和生态毒性降低了。最后,从定量的角度分析了污泥液化前后重金属的环境风险的变化。与原污泥相比,污泥液化残渣当中的重金属浸出率明显降低,也就是说污泥液化后,重金属的活性/浸出能力明显降低。地累积指数分析表明重金属的污染程度明显减弱。重金属的潜在生态风险指数从极高风险下降到了低风险。根据RAC(Risk Assessment Code)评价结果可知,污泥液化之后,重金属对环境的风险属于“无风险”或“低风险”。总得来说,污泥液化之后,重金属的污染危害显著下降。