【摘 要】
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生物质的液化技术可将低附加值的固态生物质转化成高附加值的液态生物油,研究液化技术对高效地利用生物质能源和保护环境具有重要的意义。生物质液化反应的转化效率和产物组成在很大程度上受到溶剂和催化剂的影响,而供氢溶剂可作为潜在的氢源,促进液相产物的生成,又在很大程度上保留了生物质中天然的氧元素,生物质供氢液化反应为制备高附加值的含氧化合物提供了一种途径。本文以木屑为原料首先考察了不同的供氢溶剂对木屑液化的
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生物质的液化技术可将低附加值的固态生物质转化成高附加值的液态生物油,研究液化技术对高效地利用生物质能源和保护环境具有重要的意义。生物质液化反应的转化效率和产物组成在很大程度上受到溶剂和催化剂的影响,而供氢溶剂可作为潜在的氢源,促进液相产物的生成,又在很大程度上保留了生物质中天然的氧元素,生物质供氢液化反应为制备高附加值的含氧化合物提供了一种途径。本文以木屑为原料首先考察了不同的供氢溶剂对木屑液化的影响,得到转化率和液相产率的大小:环己醇(90.5%和79.1%)>四氢萘(81.7%和72.0%)>乙醇(70.2%和57.0%)>异丙醇(64.5%和47.7%)>环己烷(57.0%和44.5%)。溶剂性质比较表明较强的传质和传热能力使得环己醇和四氢萘的液化表现较优。实验采用GC、GC-MS和FTIR分别对液化得到的气、液、固相产物进行分析,结果表明气体中的H2和烃类的组成受到溶剂供氢反应的影响;溶剂供氢反应和自身副反应对液相产物影响显著,木屑在醇溶剂中倾向生成相应的酯类化合物;固体残渣主要源于木屑组分中木质素的贡献。微晶纤维素和木质素作为木屑的模型组分用于液化反应机理的探索,产物的分析表明生物油中酮类和呋喃类化合物源于木屑中的纤维素部分,酚类物质源于木屑中的木质素,酯类化合物可源于这两部分。ZnO,MgO和CaO对木屑在乙醇中催化液化反应具有明显促进作用,ZnO显著促进了气体的生成,MgO和CaO促进了液相产物的生成。在320℃,30 min停留时间,5.0 wt.%催化剂优化条件下,得到转化率和液相产率分别为Ca O(85.0%和72.5%),Mg O(78.5%和64.6%)和Zn O(78.2%和58.6%)。GC分析表明Zn O显著促进了H2的生成。GC-MS分析表明液相中乙酯类含量最高,催化剂显著促进了醇类的生成。催化剂的表征表明Ca O碱性强度的大小是影响其催化活性的关键。本文还从纤维素、木质素和半纤维素的结构出发探索了液化反应的机理,主要包括呋喃类、酮类、酸类和醇类产物的生成机理。
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