以氧化还原电对为催化媒介的生物质转化利用电化学过程的研究

发布时间：2021-10-19 04:13

　　生物质能源作为一种来源广泛、廉价易得的可再生能源,其开发利用不仅有助于缓解化石燃料日益枯竭给全球经济发展带来的危机,还可避免对环境造成污染。现有的生物质转化利用方法如生物质的热解、气化和微生物降解存在反应温度过高、使用的催化剂昂贵和生命周期短暂等缺点,采用电化学法将生物质能源转化为氢能和电能等,具有高效、低能耗和环保等优点。氧化还原电对是指构成共轭体系的一对氧化型和还原型物质,氧化还原电对中的氧化型物质(Fe³⁺、磷钼酸(PMo₁₂))用于生物质的氧化降解,其自生转换为还原型,得到的还原型物质在石墨电极上发生电化学氧化反应的过电位较低。因此,引入氧化还原电对可以有效地降低电解池的能耗,提供燃料电池的性能。据此本文探究了将氧化还原电对作为催化媒介用于生物质的电化学转化利用过程,以实现在温和条件下的生物质能量的多方面转化。本文分别研究了以Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原电对为催化媒介的生物质电解产氢;以PMo₁₂/H-PMo₁₂氧化还原电对为催化媒介,在实现CO

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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带副产物处理的热解生物质制氢过程[4]

1绪论5解的主要目的是制备生物油和木炭。生物质气化的气相产物可通过蒸汽重整转化为氢气。如图1.2为采用流化床的生物质气化产氢。生物质气化的主要难点是对过程中产生的焦油的处理。不理想的情况是，由焦油形成结构更复杂的焦油气溶胶和聚合物，不利于蒸汽重整制氢。目前可通过优化气化炉的设计、合理操作和添加剂/催化剂的加入来减少焦油的形成。据报道，在1273K以上的温度下气化时，焦油会发生热裂。在气化炉内使用一些添加剂(如：白云石、橄榄石和焦炭)也有助于减少焦油的生成[15]。当使用白云石作为添加剂时，可完全消除焦油的生成[16]。图1.2与流化床联通的生物质气化过程[17]Fig.1.2Biomassgasificationasinterconnectedtofluidizedbeds[17]③直接生物光解制氢直接生物光解制氢是利用微藻进行光合作用，将太阳能转化为氢气形式的化学能的生物过程。在绿色植物中，由于缺乏氢化酶，只有二氧化碳还原的发生。相反，小藻类，如绿藻和蓝藻（蓝绿藻），含有氢化酶，因此，可以产生氢气。在此过程中，PSII（水分解产氧的光系统）吸收光能时产生电子，利用PSI（为CO2还原提供还原物质的光系统）吸收的太阳能将电子转移到铁氧还蛋白（Fd）。氢化酶接受Fd携带的电子，被还原产生氢气。如图1.3为直接生物光解制氢简图。

重庆大学博士学位论文6图1.3直接生物光解制氢简图[4]Fig.1.3Schematicsofdirectbiophotolysis[4]④间接生物光解制氢间接生物光解制氢包括光合作用得到生物质、有氧暗发酵和氢化酶接受电子产氢过程。图1.4为间接间接生物光解制氢过程。图1.4间接间接生物光解制氢过程[18]Fig.1.4Indirectbiophotolysisforhydrogenproduction[18]⑤光发酵制氢光合细菌的固氮酶利用太阳能和生物质（或有机酸）制备氢气的过程为光发酵制氢过程。光合细菌接受光子，产生光激发电子并得到能量，固氮酶利用得到的能量，接受Fd所带的电子，还原氢离子产氢。图1.5为光发酵过程简图。


本文编号：3444129