木醋液萃取除酚及厌氧降解的研究

发布时间：2020-08-04 20:09

【摘要】：生物质能源是一种可生成固、液、气三种形态燃料的可再生资源,但是,在生物质裂解所得的液体产物中,除生物油外还有大量的木醋液。木醋液含水率在80~90%左右,pH约为2~4,化学组成复杂,含有化合物几十甚至上百种,其中有大量的裂解单体——酚类化合物,这是一种原生质有毒物质。因此,木醋液未经处理直接排放,将对环境造成很大的危害。发展裂解生物质制备生物燃料的相关技术,必须首先解决木醋液的处理问题。本文采取萃取的方法降低木醋液中酚类物质的浓度。为了寻找最优的萃取剂和萃取条件,本文以模型化合物代替组成复杂的木醋液。首先,通过测定分配系数来确定萃取剂,分别测定模型化合物乙酸、苯酚、糠醛、愈创木酚、邻苯二酚和2,6-二甲氧基苯酚在多种萃取剂如甲基异丁基甲酮(MIBK)、异丙醚、乙酸乙酯和生物柴油中的分配系数,发现酚类和糠醛在MIBK中的分配系数最大。此外,MIBK因其沸点低于苯酚,易于蒸馏再生,最适宜作为萃取剂。接着,以外标法建立标准曲线,通过HPLC同时测定苯酚、糠醛、愈创木酚、邻苯二酚和2,6-二甲氧基苯酚的浓度。以MIBK为萃取剂,设计4因素4水平的正交试验,考查pH值、萃取温度(T)、相比(R)和振荡时间(t)对模型化合物及COD的去除率的影响。通过极差分析和综合平衡分析,得到去除率最优的萃取条件为pH=5、T=30℃、R=1:3、t=2 h。然后,对MIBK萃取相进行蒸馏回收萃取剂以循环利用。考查多次再生的萃取剂与新鲜萃取剂的萃取效果,并以GC-MS分析再生萃取剂的组成。结果表明,再生MIBK含量高,且再生萃取剂的萃取效果与新鲜萃取剂比较无明显减弱。最后,本文选择微生物降解的方法处理萃取除酚后的木醋液。木醋液经MIBK3级萃取后,用污泥厌氧发酵做产气潜能的试验。结果原料产气率为32 mL/g,沼气经GC分析其组成得甲烷占78.58%,二氧化碳占21.42%。并且分析了木醋液萃取除酚后剩余物厌氧降解产甲烷过程中的降解途径,证明通过萃取耦合厌氧消化的方法可以有效提取及降解木醋液中的有机物。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：

色谱图,木醋液,色谱图,模化

图 2.1 木醋液总离子色谱图Fig.2.1 Total ion chromatogram of wood vinegar木醋液的主要成分详见表 2.4 和图 2.1，主要包括有机酸类（乙酸为模化物）、单酚类（苯酚为模化物）、双酚类（邻苯二酚为模化物）、一个甲氧基的酚类（愈创木酚为模化物），多个甲氧基的酚类（2,6-二甲氧基苯酚为模化物）和呋喃类（糠醛为模化物）。其中，有机酸类主要来源于纤维素和半纤维素的热解，而其余的酚类主要来源于生物质木质素，且这些酚类与木质素的构成单体（愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构）具有类似的分子式和理化特性。因此，研究使用乙酸、糠醛、苯酚、愈创木酚、邻苯二酚和 2,6-二甲氧基苯酚作为木醋液的模型化合物，在理化特性上与木醋液具有极大的相似性。2.3.2 萃取剂的选择

曲线,苯酚,曲线,分配系数

68.27 77.114 115.65 7.8 -2.2 15.6 0.329 (20℃) 0.426 (25℃) 0.585 (20℃) 17.34 (24.5℃) 23.75 (20℃) 23.64 (20℃) 0.87% (20℃) 8.08g/100g (25℃) 1.7% (25℃) 物分别在四种萃取剂中的分配系数型化合物水溶液浓度的标准曲线合物的标准曲线如图 2.2~2.6 所示。

曲线,甲氧基苯酚,曲线,愈创木酚

6-二甲氧基苯酚浓度标准曲线Fig.2.3 Standard curve of 2,6-dimethoxyphenol concentration图 2.4 愈创木酚浓度标准曲线Fig.2.4 Standard curve of guaiacol concentration

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