当前,社会经济高速发展,但环境污染加剧、能源短缺的问题普遍存在。可再生能源的开发利用成为研究关注热点。其中,利用生物质热化学技术可制取替代燃料。水热液化技术直接利用湿质原料,可实现原料全组分转化,具有很强的应用潜力。生物质原料组分对水热液化制取生物油有直接影响,但生物质原料各组分水热液化机理研究尚不完善。本文选取微藻、大型藻和废弃物咖啡渣三种新型生物质原料,开展不同条件的水热液化实验,使用多种方法检测产物特性,分析反应条件、原料组分对水热液化过程的影响,探究各组分反应路径。高蛋白微藻微拟球藻320℃时产油率最高,为54.11%,也是三种原料中的最高产油率。生物油热值最高为37.88 MJ/kg,能量回收率最高为89.76%。生物油中最主要成分为酰胺类和含氮杂环类。分别来自酰化反应和美拉德反应,是蛋白质转化组分氨、胺类、氨基酸和其他组分的相互作用产物。大型藻马尾藻中含有大量的木质纤维素类组分,340℃时产油率最高,为9.49%。生物油热值最高为35.23 MJ/kg,能量回收率最高为31.72%。生物油主要为糖类、蛋白质转化产物,还原糖和氨基酸反生美拉德反应生成含氮杂环类,单糖脱水、异构化生成的环酮类。木质素类芳环结构稳定,转化为生物油组分需要更高温度。废弃物咖啡渣在反应温度为340℃,停留时间为30 min时产油率最高,为32.19%。生物油热值最高为36.60 MJ/kg,能量回收率最高为55.60%。咖啡因是生物油中含量最高的成分。根据产物检测结果和其他原料研究对比,推测水热液化过程中咖啡因发生开环、脱硝基、异构化等反应,可生成酰胺类、腈类、双氮杂环类等产物。水热液化通过降低O/C比、提高H/C比,改善了生物油燃料性能。因为反应产物会直接成为生物油组分,各原料组分大分子水解产物之间的相互作用,如酰化反应、美拉德反应、酯化反应等,是水热液化制取生物油的关键路径。此外,在低脂质原料水热液化过程中,通过组分间反应可实现蛋白质、糖类等组分更高效地参与生成生物油,提高原料利用率。