微藻水热液化制备生物油的过程控制及分析的研究

发布时间：2019-08-17 09:39

【摘要】：杜氏盐藻是一种没有细胞壁的单细胞绿藻,常见于海洋及盐湖中,对盐分的适应范围宽。随着化石燃料短缺和环境污染问题日益突出,杜氏盐藻作为一类具有明显比较优势的生物质,其热化学转化所获得的生物质燃油具有品质好、热值高等优点,已广泛应用到能源技术领域,然而杜氏盐藻热化学转化产物复杂,除了含有气体、液体和固体残渣外,还含有较多的其他化学成分。分析表明,杜氏盐藻热化学转化液中含有能够作为食品、医药、化工等领域应用的糠醛、甲酸、羟基丙酮等,但并未见相关报道。因此,为提高杜氏盐藻热化学转化产物的综合利用率,减少环境污染,一方面考虑寻求合适的金属催化剂催化水热液化过程,促使杜氏盐藻的生化组分最大程度的转化,得到更多目标产物,其次,有必要对其中的化学物质进行分离纯化,从而为食品工业中着色剂、香辛料、稳定剂、防腐剂等的生产提供充足原料。本研究旨在对杜氏盐藻热化学转化的过程控制和催化剂的筛选等,实现藻类生物质的高效转化,并从中分离纯化得到食品级的化学品,为实现生物质的资源化和高值化利用奠定基础。本文进行了微藻水热液化制备生物油的过程控制及分析的研究,主要研究内容如下:(1)以碳纳米管为载体直接负载金属获得负载型金属催化剂,并利用XRD、XPS以及拉曼等表征手段对所得负载型金属催化剂进行表征。结果表明:通过XRD、XPS以及拉曼等表征手段表明Pt、Zr、Ni以及Co分别以金属Pt、Zr O2、金属Ni和Ni2O3以及金属Co的形式负载与碳纳米管上,且金属的引入改变了碳纳米管的结构,提高了碳纳米管催化剂的热稳定性。(2)以杜氏盐藻为原料,利用实验制备的负载型金属催化剂催化微藻水热液化制备生物油,并通过热重分析、元素分析、FT-IR和GC-MS对液化产物进行分析。研究结果表明:通过红外、热重和GC-MS等表征手段表明金属催化剂中添加的金属在水热液化过程中起到脱氧的作用,提高了生物油的品质,其中Co/CNTs的催化水热液化的效果最佳。(3)采用柱层析对水热液化制备的粗生物油进行分离纯化与分析。研究结果表明:通过红外光谱、GC-MS和MS分析技术对精制前后的生物油进行了进一步纯度分析,光谱分析结果表明生物油经柱层析法精制后组分更加清晰,纯度有所提高,柱层析产物的回收率为91.38%。
【图文】：

热化学转化,生物燃料,利用技术,生物质

图 1 生物质转化与利用技术Fig.1-1. The conversion and application of biomass热化学转化技术主要通过热裂解和液化的手段来获取液态生物燃料。相对于他转化技术，热化学转化技术能把生物质在没有催化剂的作用下转化为粗生物，被认为是最具有潜力的转化技术。下面主要介绍微藻的热解和直接液化两种化方式。.3.1 热解热解法是在隔绝空气条件下，采用超高加热速率和超短接触时间的情况下将藻热分解转化为生物油、可燃气和固体生物炭三个部分组成的过程。目前由生质热解获取生物质能受到各国的普遍关注，其中热解得到的固体产物可直接做物燃料，也可作为活性碳的替代物。而得到的液体产物，组分比较复杂，含有约 200 种以上的有机物。主要包括酸、醇、酮类、酯类及胺类等有价值的化合，液体产物可作为燃料也可作为提取高附加值化合物的原料。除此之外，热解

液化反应,生物质,水热,途径

微藻水热液化制备生物油的过程控制及分析的研究生产提供燃料[23]。生物质热解油含有较低的氮、硫，利用过程不会造成环境。直接液化直接液化法是指生物质在温度 200-400 ℃、压力 5-25 MPa条件下进行热分应的过程得到的产物为气相、水相、油相三种物质。因为是热分解反应，其过程是低分子的分解反应和高分子的缩合反应交杂发生。生物质一旦分解为性产物，作为中间产物在发生缩合、分解的交杂反应中也会也会形成不溶于油状物质，，并进一步缩合形成炭状产物[24]。起反应途径见图 1-2。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE667

【参考文献】