太湖蓝藻催化裂解的研究

发布时间：2020-11-02 06:46

　　 湖泊富营养化及其引起的蓝藻水华暴发是当今世界频繁发生的环境灾害之一。蓝藻水华在水体表面大量堆积,严重影响水体景观,而且其释放的藻毒素损害水质,危及人类健康和生物安全。将湖泊富营养化产生的水华蓝藻进行收集并通过热化学转化的技术转化为生物燃料,不仅有利于减轻水体营养负荷,防止水质恶化,还可为水华污染物资源化利用提供新途径,产生一定经济效益,促进可持续发展,达到经济、环境、社会发展的和谐共赢。为了治理太湖蓝藻造成的环境污染并对生物质进行能源化利用,本课题搭建了一套固定床热裂解装置,以蓝藻为原料,选用Mg-Al复合金属氧化物催化剂,分别研究了真空裂解、真空催化裂解和氮气作载气的常压催化热裂解,考察了裂解终温、反应时间、催化剂用量等工艺条件对最终生物油产率、品质的影响,并采用元素分析、气质联用等检测手段进行表征分析了生物油的主要成分。对于真空裂解反应,当裂解终温为400℃C,反应时间为40mmin时,生物油产率达到最大值32.75%；对于真空催化裂解反应,当催化剂与蓝藻的质量比为1：2,裂解终温为400℃,反应时间为50min时,生物油产率达到最高,为47%左右；对于氮气作载气的常压催化热裂解,当催化剂与蓝藻质量比为3：4,裂解终温为450℃,反应时间为40mmin时,生物油产率最高,为54.5%。三种工艺比较可知,蓝藻常压催化热裂解制得的生物油产率最高,品质最好,因此蓝藻的常压催化热裂解研究最有前途。在反应温度为450℃C,反应时间为40min,无催化剂的条件下进行蓝藻常压热裂解反应,最终生物油产率为35.5%,固体焦炭的产率为27.75%,不可凝气体的产率为36.75%；而在反应温度为450℃C,反应时间为40min,催化剂与蓝藻的质量比为3：4的条件下进行蓝藻常压催化热裂解反应,最终生物油产率为54.5%,固体焦炭的产率为15%,不可凝气体的产率为30.5%。实验结果说明Mg-Al复合金属氧化物催化剂有利于促进生物油形成,对抑制焦炭和不凝气生成有显著作用。对于蓝藻常压催化热裂解反应,在反应时间(40min)、催化剂用量(3：4)不变的情况下,改变反应温度。当反应温度为350℃C时,生物油的产率为42%；当反应温度为450℃C时,生物油的产率为54.5%。实验结果表明裂解终温的升高有利于生物油的生成。另外,X射线衍射的表征结果表明反应前后的催化剂晶型未发生明显变化,催化剂可以重复使用。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：X524;O643.3
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 文献综述
    1.1 研究背景
    1.2 太湖富营养化现状
    1.3 蓝藻水华的产生及危害
    1.4 蓝藻资源化处理技术
        1.4.1 蓝藻理化特性
        1.4.2 蓝藻资源化技术
    1.5 生物质热解技术
        1.5.1 生物质热解的概念
        1.5.2 生物质热解的分类
        1.5.3 热解反应机理
        1.5.4 热解技术的工艺流程
        1.5.5 影响生物质热解过程及产物组成的因素
    1.6 蓝藻制取生物油的研究进展
        1.6.1 国外研究进展
        1.6.2 国内研究进展
    1.7 论文研究的目的和内容
        1.7.1 论文研究的目的与意义
        1.7.2 论文研究的主要内容
第二章 实验方法
    2.1 实验试剂、原料和仪器
    2.2 实验原料的预处理
    2.3 实验原料的热重分析和红外分析
        2.3.1 热重分析（Thermogravimetry Anslysis,TG）
        2.3.2 傅里叶变换红外光谱分析（FT-IR）
    2.4 实验原料组成成分的分析
        2.4.1 化学组成成分的测定
        2.4.2 元素分析
        2.4.3 工业分析
    2.5 Mg-Al复合金属氧化物催化剂的制备
    2.6 催化裂解的工艺流程
        2.6.1 催化裂解反应装置
        2.6.2 催化裂解实验步骤
        2.6.3 产物产率的计算
    2.7 生物油的分析方法
        2.7.1 元素分析
        2.7.2 热值的计算
        2.7.3 气相色谱-质谱联用
    2.8 催化剂的表征
        2.8.1 X射线衍射分析（XRD）
        2.8.2 扫描电镜（SEM）
第三章 蓝藻真空裂解的研究
    3.1 蓝藻的热重曲线
    3.2 蓝藻的红外光谱分析
    3.3 反应温度对蓝藻真空裂解的影响
    3.4 反应时间对蓝藻真空裂解的影响
    3.5 反应产物生物油的表征
        3.5.1 元素分析
        3.5.2 生物油的GC-MS分析
    3.6 本章小结
第四章 蓝藻真空催化裂解的研究
    4.1 反应温度对蓝藻真空催化裂解的影响
    4.2 反应时间对蓝藻真空催化裂解的影响
    4.3 催化剂用量对蓝藻真空催化裂解的影响
    4.4 正交试验
    4.5 反应产物生物油的表征
        4.5.1 元素分析
        4.5.2 生物油的GC-MS分析
        4.5.3 傅里叶变换红外分析（FT-IR）
    4.6 本章小结
第五章 蓝藻常压催化热裂解的研究
    5.1 反应温度对蓝藻常压催化热裂解的影响
    5.2 反应时间对蓝藻常压催化热裂解的影响
    5.3 催化剂用量对蓝藻常压催化热裂解的影响
    5.4 氮气流量对蓝藻常压催化热裂解的影响
    5.5 正交试验
    5.6 反应产物生物油的表征
        5.6.1 元素分析
        5.6.2 生物油的GC-MS分析
    5.7 催化剂的表征
        5.7.1 扫描电镜（SEM）
        5.7.2 X射线衍射分析（XRD）
    5.8 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简介
致谢

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本文编号：2866710