浒苔热液化制备生物油的基础研究

发布时间：2017-05-21 10:17

  本文关键词：浒苔热液化制备生物油的基础研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前，能源和环境问题是全球关注的焦点问题。随着化石能源的日益枯竭和环境恶化问题的日趋严重，开发洁净的新能源成为了21世纪全球紧迫的课题。在众多的新能源中，生物质能源由于可再生、低污染等优点成为了当今新能源领域研究的热点。近年来，藻类因其光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短、生物产量高等独特的优势引起了人们的关注。 藻类生物质能转化利用途径主要包括生物转换、热化学转化和其他转换技术，而热化学转换包括气化、热解和直接液化三种技术。直接液化技术因原料勿需干燥，可获得品质较高的液体燃料，因而受到了人们的重视。本文以青岛近岸海域出现的浒苔为原料，研究其直接液化转化成液体燃料的过程。 首先考察了浒苔的水热液化过程，结果表明：液化温度、液化时间、料液比和Na_2CO_3的加入显著影响生物油的产率和残渣收率。料液比为1.2:10（g/mL），Na_2CO_3加入量为浒苔质量的5%，，300℃下液化30min时，生物油产率达23.6%；气体产物主要成分为CO_2，此外还含有少量CO、H_2和烷烃；生物油的主要组分为长链烷烃类化合物和醛、酮、羧酸类化合物，生物油的C元素含量高达75.32%，O元素含量为13.36%，热值达31.62MJ·Kg~(-1)；浒苔水热液化分解过程表明，200℃液化时浒苔中的有机质已开始分解，300℃液化60min可使其中的有机质分解完全。 以乙醇（95%）作溶剂研究浒苔热液化的过程，研究结果表明，料液比为1.0:10（g/mL），不加催化剂，220℃下液化15min时，生物油产率即可达44.8%；气体产物的主要成分相比于水热液化时更为复杂，但主要成分还是CO_2；所得生物油的主要分成为单糖类化合物和乙酯类化合物，故其O含量高达23.32%；液化温度显著影响生物油的热值，生物油的热值随液化温度的升高而提高，200℃液化时生物油的热值为19.07MJ·Kg~(-1)，260℃液化时生物油的热值增加至29.10MJ·Kg~(-1)。 为了提高浒苔热液化效率和所得生物油品质，制备了固体酸SO_4~(2-)/Fe_2O_3催化剂，用以浒苔乙醇（95%）热液化过程。研究结果表明，该固体酸的加入可以显著促进浒苔的分解和生物油产率及热值的提高，220℃液化15min，固体酸SO_4~(2-)/Fe_2O_3加入量为1%时，生物油产率为48.5%、残渣收率为35.0%、生物油热值为22.80MJ·Kg~(-1)，相比于未加催化剂时生物油产率和热值分别提高了8.3%和9.7%，而残渣收率则降低了14.0%；生物油组分分析表明，固体酸SO_4~(2-)/Fe_2O_3可以促进热液化过程中酯化反应的进行，使所得生物油中酯类化合物的含量显著增加。以FeSO_4·7H_2O焙烧制备固体酸SO_4~(2-)/Fe_2O_3时，焙烧温度和焙烧时间显著影响固体酸表面的酸量和酸强度，500℃焙烧5h制备的固体酸催化活性最高。
【关键词】：浒苔 水热液化 生物油 乙醇 SO_4~(2-)/Fe_2O_3e2O3
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE667
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 文献综述12-31
• 1.1 引言12-13
• 1.2 生物质能简介13-16
• 1.2.1 国内外生物质能发展利用现状13-14
• 1.2.2 藻类生物质能14-16
• 1.3 藻类生物质能转化利用技术16-29
• 1.3.1 生物转换技术17-18
• 1.3.2 热化学转换技术18-26
• 1.3.3 其他转换技术26-29
• 1.4 选题依据、研究目的和内容29-31
• 1.4.1 选题依据与研究目的29
• 1.4.2 研究内容29-31
• 第2章 实验部分31-38
• 2.1 实验药品和仪器31-32
• 2.2 浒苔基本物化性质分析方法32-34
• 2.2.1 工业分析32
• 2.2.2 元素分析32
• 2.2.3 组分分析32-34
• 2.3 浒苔热液化过程34-36
• 2.3.1 浒苔的采集及处理34
• 2.3.2 浒苔水热液化过程34-35
• 2.3.3 浒苔乙醇溶剂热液化过程35-36
• 2.4 表征方法36-38
• 2.4.1 傅立叶红外变换光谱分析（FT-IR）36
• 2.4.2 气相色谱分析（GC）36
• 2.4.3 气相-质谱连用分析（GC-MS）36
• 2.4.4 X 射线衍射分析（XRD）36-37
• 2.4.5 扫描电子显微镜分析（SEM）37
• 2.4.6 元素分析37
• 2.4.7 热值分析37
• 2.4.8 氨气程序升温吸附分析（NH_3-TPD）37-38
• 第3章 浒苔水热液化过程研究38-53
• 3.1 引言38
• 3.2 浒苔基本物化性质分析38-39
• 3.2.1 工业分析结果38
• 3.2.2 元素分析结果38-39
• 3.2.3 组分分析结果39
• 3.3 液化条件对浒苔水热液化的影响39-43
• 3.3.1 液化温度对浒苔水热液化的影响39-40
• 3.3.2 液化时间对浒苔水热液化的影响40-41
• 3.3.3 料液比对浒苔水热液化的影响41-42
• 3.3.4 催化剂 Na_2CO_3对浒苔水热液化的影响42-43
• 3.4 浒苔水热液化产物性质分析43-51
• 3.4.1 浒苔水热液化气体产物分析43
• 3.4.2 浒苔水热液化所得生物油分析43-46
• 3.4.3 浒苔水热液化所得残渣分析46-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第4章 浒苔乙醇溶剂热液化过程研究53-66
• 4.1 引言53
• 4.2 液化条件对浒苔乙醇溶剂热液化的影响53-56
• 4.2.1 液化温度对浒苔乙醇溶剂热液化的影响53-54
• 4.2.2 液化时间对浒苔乙醇溶剂热液化的影响54-55
• 4.2.3 料液比对浒苔乙醇溶剂热液化的影响55
• 4.2.4 碱性催化剂对浒苔乙醇溶剂热液化的影响55-56
• 4.3 浒苔乙醇溶剂热液化产物性质分析56-64
• 4.3.1 浒苔乙醇溶剂热液化气体产物分析56-57
• 4.3.2 浒苔乙醇溶剂热液化所得生物油分析57-61
• 4.3.3 浒苔乙醇溶剂热液化所得残渣分析61-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第5章 固体酸 SO_4~(2-)/Fe_2O_3在浒苔乙醇溶剂热液化中的应用66-75
• 5.1 引言66
• 5.2 固体酸 SO_4~(2-)/Fe_2O_3催化剂的制备及表征66-69
• 5.2.1 催化剂的制备66
• 5.2.2 催化剂的物相分析66-67
• 5.2.3 催化剂的表面酸性分析67-69
• 5.3 催化剂制备条件对浒苔乙醇溶剂热液化的影响69-70
• 5.3.1 催化剂焙烧温度对浒苔乙醇溶剂热液化的影响69-70
• 5.3.2 催化剂焙烧时间对浒苔乙醇溶剂热液化的影响70
• 5.4 液化条件对热液化的影响70-72
• 5.4.1 液化温度对热液化的影响70-71
• 5.4.2 液化时间对热液化的影响71-72
• 5.5 生物油性质分析72-74
• 5.5.1 FT-IR 分析72
• 5.5.2 GC-MS 分析72-74
• 5.6 本章小结74-75
• 第6章 结论与建议75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 建议76-77
• 参考文献77-87
• 个人简历87-88
• 论文发表情况88-89
• 致谢89-90

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