木质素降解单环酚类产物加氢脱氧特性研究

发布时间：2017-09-05 16:51

  本文关键词：木质素降解单环酚类产物加氢脱氧特性研究

  更多相关文章： 生物质 木质素 酚类化合物 生物油 加氢脱氧 Ni/α-Al_2O_3

【摘要】：随着化石资源的日益枯竭以及过度使用化石资源带来了一系列环境问题,人们开始寻求可以替代传统化石资源的可再生清洁能源。生物质能源具有很多的优点,因而成为科研工作者关注的热点。木质素是生物质中唯一一种可以提供芳香基化合物的天然大分子,其结构主要是由愈创木基苯丙烷结构单元、对羟基苯丙烷结构单元(H)、紫丁香基苯丙烷结构单元(S)组成的一种复杂的聚合物。木质素降解产物多是愈创木酚等单环酚类化合物,具有较高的含氧量,经过加氢脱氧处理可以得到碳原子数分布在C6-C10之间的液态烃类燃料。加氢脱氧常用的催化剂一般由活性金属与固体酸载体组成。本文以苯甲醚为反应底物筛选出了高效加氢脱氧(hydrodeoxygenation, HDO)催化剂,研究了单环酚类化合物的加氢脱氧反应特性。探索出了Ni/α-Al2O3催化剂作用下的最优工艺条件,如反应时间、反应温度、反应底物与催化剂的化学计量比等。Ni/α-Al203催化苯甲醚HDO反应可得到高达93.25%的转化率以及90.47%的烃类产物收率,更重要的是,在这烃类产物中环已烷的收率达到90.02%,其选择性竟高达96.54%,稍加分离即可得到高纯度的环已烷。反应机制是：苯甲醚先发生去甲基化反应生成苯酚,然后苯环上发生加氢反应生成环已醇,再去羟基化反应最终生成环已烷。反应过程中伴随着苯环上的加氢反应生成甲氧基环已烷。Ni/α-Al2O3催化剂循环使用五次仍然具有较高的催化活性,产生的积炭量很少,表现出了较好的稳定性与抗积炭性能。本文探索了Ni/α-Al2O3催化混合酚HDO反应的效果随反应时间、反应温度及镍负载量的变化情况,并考察了糠醛对混合酚类化合物加氢脱氧反应特性的影响。T=330℃, t=10h, Ni的负载量为15%时,混合酚体系的加氢脱氧转化率为88.96%,烃类产物总收率46.82%。混合酚类体系中添加糠醛后,酚类化合物的转化率下降到40.48%,烃类产物总收率达到13.07%。这一结果表明糠醛化合物对酚类化合物加氢脱氧的负面影响。其主要原因是因为糠醛能与酚类化合物形成酚醛树脂,覆盖在催化剂表面阻碍催化剂与反应底物接触,从而影响混合酚的进一步加氢脱氧反应。生物油的组分极为复杂,加氢提质的难度较大。选取Ru/α-Al2O3、Ru/γ-Al2O3、 Ru/C、Ru/SiO2来催化生物油重质组分加氢反应,发现Ru/α-Al2O3具有较好的综合性能,既有较高的催化性能,又有优良的抗积炭能力。在Ru/α-Al2O3催化剂和优化的工况条件(T=260℃,t=24h)下,生物油重质组分加氢脱氧反应的烃类产物收率可达22.46%,展示了优异的催化效果。
【关键词】：生物质 木质素 酚类化合物 生物油 加氢脱氧 Ni/α-Al_2O_3
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O636.2;TQ511
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 生物质利用的现状和意义11-12
• 1.2 木质素利用的现状和意义12-17
• 1.2.1 木质素概述12-14
• 1.2.2 木质素的分离技术14-16
• 1.2.3 木质素的利用现状16-17
• 1.2.4 木质素的降解技术17
• 1.3 木质素降解产物的加氢精制17-20
• 1.4 课题的研究意义与研究思路20-22
• 参考文献22-25
• 第二章 单个模型化合物的加氢脱氧特性研究25-48
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验部分26-30
• 2.2.1 实验原料与仪器设备26
• 2.2.2 催化剂制备26-27
• 2.2.3 实验装置与方法27-28
• 2.2.4 催化剂表征28-29
• 2.2.5 产物分析与数据处理29-30
• 2.3 苯甲醚加氢脱氧实验研究30-44
• 2.3.1 催化剂表征结果30-38
• 2.3.2 催化剂活性实验38-44
• 2.4 本章小结44-46
• 参考文献46-48
• 第三章 酚类混合物加氢脱氧研究及糠醛的影响48-62
• 3.1 引言48-49
• 3.2 实验部分49-51
• 3.2.1 实验原料与仪器设备49
• 3.2.2 催化剂的制备49-50
• 3.2.3 实验装置与方法50
• 3.2.4 催化剂表征50
• 3.2.5 产物分析与数据处理50-51
• 3.3 Ni/α-Al_2O_3催化混合酚HDO反应特性研究51-59
• 3.3.1 催化剂的表征结果51-54
• 3.3.2 催化剂的活性实验54-58
• 3.3.3 催化剂的抗积炭性能58-59
• 3.4 本章小结59-61
• 参考文献61-62
• 第四章 生物油重质组分的提取与加氢脱氧特性研究62-67
• 4.1 引言62
• 4.2 实验部分62-64
• 4.2.1 实验原料与仪器设备62-63
• 4.2.2 催化剂的制备63
• 4.2.3 实验装置与方法63-64
• 4.2.4 催化剂表征64
• 4.2.5 产物分析与数据处理64
• 4.3 生物油重质组分的提取与催化加氢研究64-65
• 4.3.1 生物油重质组分的提取64-65
• 4.3.2 生物油重质组分催化加氢特性研究65
• 4.4 本章小结65-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 结论汇总67-68
• 5.2 创新点与研究特色68
• 5.3 下一步工作建议68-69
• 作者简历及论文发表情况69-70
• 致谢70-71

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本文编号：799163