【摘 要】
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随着经济的快速发展,国家日益增长的能源需求与化石能源短缺、环境污染严重等问题之间的矛盾日益加重。为了缓解能源短缺,促进绿色清洁能源发展,以及实现2030年碳达峰和2060年碳中和的目标,许多研究学者将目光聚集到生物质能上。生物质能是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为自身的能源。因此,生物质能具有储量丰富、来源广泛、清洁环保及可再生性等优势。其中,小球藻由于自身的独特优势使其成为最具发展前景的第三代
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随着经济的快速发展,国家日益增长的能源需求与化石能源短缺、环境污染严重等问题之间的矛盾日益加重。为了缓解能源短缺,促进绿色清洁能源发展,以及实现2030年碳达峰和2060年碳中和的目标,许多研究学者将目光聚集到生物质能上。生物质能是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为自身的能源。因此,生物质能具有储量丰富、来源广泛、清洁环保及可再生性等优势。其中,小球藻由于自身的独特优势使其成为最具发展前景的第三代生物燃料的原料之一。通过物理和化学转化技术可将小球藻转化为生物油,从而便于储存与运输。生物油也被认为是最有潜力替代化石能源的生物燃料。本文研究了不同复合添加剂:微波吸收剂与催化剂组成的复合吸波催化剂(SiC与TiO2混合(ST)、SiC与ZnO混合(SZ))和两种催化剂组成的复合催化剂(TiO2与ZnO混合(TZ))的不同添加量和混合比对小球藻微波热解特性及产物产率的影响。此外,通过GC-MS对不同添加剂下小球藻热解所得生物油的成分进行分析,研究不同添加剂对生物油主要成分的影响。主要研究结论如下:(1)在10%添加量下的ST复合吸波催化剂实验中,随着ST复合吸波催化剂中TiO2含量的增加总失重量(M)和平均失重速率(Ra)先减少再增加,而最大失重速率出现的时间(tp)和重量稳定对应的时间(tf)先增加再减少。此外,S3T7实验组的tp和tf最小,而Ra最大。10%添加量的S3T7实验组的热解反应时间最短;5%添加量的S5T5实验组的热解总失重量最大。(2)在SZ复合吸波催化剂和纯ZnO实验中,小球藻均在10%添加量下表现出较好的热解特性,并随着SZ中ZnO含量的增加,最大失重速率(Rp)逐渐增加,tp和tf先减小再增加,而Ra和M先增加再减小。另外,SZ对Rp、Ra和tf表现出抑制作用,而且随着SZ中ZnO含量的增加,抑制作用都是先减少再增加。然而,SZ对tp存在协同作用。ZnO对热解反应初期升温影响较大,而SiC对反应中后期升温速率影响较大。在SZ复合吸波催化剂的作用下,随着SZ中ZnO含量的增加,最大升温速率(Hx)逐渐增加,而Hx对应的时间(tx)逐渐减少。(3)在热解温度特性中,所有催化热解实验的Hx和平均升温速率(Hg)都有所增加,而T10Z0有最大的Hx和Hg。因此,TiO2更有利于促进温度的升高,而ZnO更有利于加快小球藻热解。随着TZ复合催化剂中ZnO含量的增加,热解最高温度(Tx)、Hx和Hg先增加再减少,而tx先减少再增加。T5Z5复合催化剂对Tx、tx和Hg存在协同作用,而对Hx表现出抑制作用。(4)TiO2、ZnO和SiC实验组分别在5%、10%和15%添加量下得到最大的热解生物油产率。其中,5%添加量TiO2实验组的小球藻生物油产率最高,是空白对照组的1.76倍。随着添加量的增加,SZ复合吸波催化剂实验组的生物油产率先降低再增加。当固定添加量时,复合吸波催化剂实验组热解生物油产率随着ST中的TiO2和SZ中的ZnO含量的增加而逐渐增加。此外,SZ实验组复合吸波催化剂对热解生物油产生的抑制作用随着ZnO含量的增加而逐渐减小。(5)单一形式的SiC和TiO2的添加都有利于热解生物油中酮的产生,而且可以降低酸性化合物的占比。TiO2实验组热解生物油中存在长链烃类和较多的长链结构化合物。S3T7复合吸波催化剂可以降低生物油的酸性,促进酮的产生。ZnO仅稍微抑制了热解生物油中酸和酚的形成。S5Z5和T5Z5实验组生物油中的酸性成分大幅降低。在T5Z5作用下,热解生物油成分中的酸性物质降低了93.60%。
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