甘蔗渣水热液化水溶性产物的液相色谱分析

发布时间：2020-08-27 23:30

【摘要】：生物质作为一种含量丰富的可再生能源具有廉价易得、低污染等优点。生物质水热液化产物可分为油相产物和水溶性产物。水溶性产物是生物质油制备过程中不可避免的副产品,其主要成分包括多种可作为重要化工原料的化学物质,这些化学物质的有效开发和利用将极大提高生物质水热液化产物的利用效率。高效液相色谱法作为检测水溶性产物的有效手段近年来被关注。本研究利用高效液相色谱法对甘蔗渣水热液化产物中水溶性产物进行色谱方法适用性研究,研究内容和结论如下:甘蔗渣高温高压水热液化产物中水溶性物质主要包括糠醛类、糖类、酸类和酚类物质。本研究首先探讨了色谱柱、流动相、检测器、检测波长、柱温和流速等因素对目标物分离效果的影响,确定了目标物的高效液相色谱分析条件。糖类的检测条件为:示差折光检测器、InertSustain NH_2氨基色谱柱、乙腈:水=(80:20,V:V)作为流动相。糠醛类和酚类的检测条件为:二级管阵列检测器、检测波长280 nm、InertSustain C18色谱柱、流动相为甲醇和含1%乙酸的水溶液、选择梯度洗脱。酸类的检测条件为:二级管阵列检测器、检测波长210 nm、InertSustain C18色谱柱、流动相为甲醇和含0.02 mol/L磷酸二氢钾的缓冲盐溶液、选择梯度洗脱。结果表明,甘蔗渣水热液化的水溶性产物成分复杂,糖类包括葡萄糖、果糖、木糖、阿拉伯糖、纤维二糖和蔗糖;糠醛类包括糠醛和5-羟甲基糠醛;酚类包括2-甲氧基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚、苯酚、邻苯二酚、4-乙基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚;酸类包括甲酸、乳酸、乙酸、丙酸和乙酰丙酸等。为获得更好的分离效果,本研究选用固相萃取法和离子交换树脂法分别对甘蔗渣水热液化产物进行前处理。在固相萃取法中,选用C18柱和Oasis HLB柱研究糠醛类和酚类的富集分离效果,结果表明:HLB柱对糠醛类有更好的分离富集效果;除邻苯二酚、对苯二酚之外,C18对酚类具有更好的富集效果;总体来说HLB柱对酚类和糠醛类的富集效果更佳。在离子交换树脂法中,选用阳离子交换树脂对酸类、糠醛类和酚类物质进行分离,经水和乙醇洗脱,分离的先后顺序为酸类、糠醛类、酚类。实际检测过程中,固相萃取法对有机试剂消耗较多,而离子交换树脂虽回收率稍低,但更易再生,选择离子交换树脂法更经济环保。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X832
【图文】：

转化方式,生物质能

- 2 -图 1.1 生物质能的主要转化方式Fig. 1.1 Main transformation methods of biomass1.1.2 生物质水热液化技术水热处理是一种新型生物质能转化技术，即在亚临界或超临界水条件下，利用水的特殊性质，将生物废弃物转化为高品质的气态、液态和固态产物的过程[10]。

热反应,压力条件,产物,水热

图 1.2 不同温度、压力条件下水热反应条件及产物thermal reaction conditions and products at different temperature an产物的不同，水热反应可分为水热气化、水热液化和水热要是甲烷和二氧化碳等气体产物，可做可燃气[12]；水热液副产物等液体产物；水热炭化以回收炭黑等富碳的固体产物可加入氧化剂催化反应过程，这种反应被称为水热氧化反应热液化指在亚临界水（温度为 250～370 ℃，压力为 5～30min，生物质反应产生液体产物的过程[15]。水热液化比快速更有产低含氧油的潜力[16]。从能源消耗和集成工艺的角度质转化中很有前途的一种方法[17]。图 1.3 为生物质水热液化类生物质原料首先需经过预处理，包括粉磨、制浆和浸渍反应器中，生物制浆液经过高温高压反应后，进入减压分和固液分离，最终产物有生物油、水相、固体残渣和气体

液化流程,水热,生物质

图 1.3 生物质水热液化流程简图Fig. 1.3 Flow chart of biomass hydrothermal liquefaction生物质水热液化的液体产物分重组分和轻组分[19]。重组分在水热液化后溶剂萃取获得，发热量较高(30～35 MJ/kg)[20]；轻组分主要为溶剂萃取后的部多为水溶性，包括有机酸类、醇类、醛类和酚类等物质，发热量较低(19MJ/kg)[21]。生物质原料的热值低(10～20 MJ/kg)，氧含量高(30～50%)[22]。表热液化可获得高热值、低氧含量(10～20%)、黏度较小且稳定性较好的生物油有开发潜力和工业化前景，是国内外生物质能研究的热点之一[23, 24]。1.1.3 模型化合物水热液化的反应机理Fang 等[25]研究木质素在超临界水热液化条件下的反应路径，水相产物主酸类、醛类、醇类和酚类。Kruse 等[26]进行 330～410 ℃下葡萄糖和纤维素水解研究，主要中间产物有苯酚、甲酚、糠醛、酸类（包括甲酸、乳酸、乙酸酰丙酸）和醛类（包括甲醛和乙醛）。Kumar[27]在间歇式反应釜内进行两步水

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