CaO-磷酸盐二元混合催化生物质热解实验研究

发布时间：2020-08-19 11:45

【摘要】：生物质快速热解是生物质热化学转化中的一种重要方式,常规的生物质热解生产的生物油不仅品质低而且组成极其复杂,分离提纯困难。本文以CaO和经520℃煅烧2h的KH_2PO_4、K_2HPO_4·3H_2O、K_3PO_4·3H_2O和Zn_2(PO_4)_3·4H_2O为催化剂原料,借助裂解器-气相色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS)和热重分析(TG)技术探究CaO与磷酸盐在单一和二元混合催化条件下樟木粉的热解特性和各类产物的析出规律。同时利用单步热解和多步热解的实验手段探究各类化合物的主要析出阶段和樟木粉的最佳热解温度,为生物质选择性的制备高品质化合物提供指导。樟木粉在不同温度单步和多步热解下的Py-GC/MS实验结果表明,其主要热解阶段约在400~500℃,温度高于500℃时,化合物的组分基本不变。热解产物主要为酚类化合物,相对产率在400℃的单步热解实验中最高可达29.06%,在多段热解实验中500℃时达到最高为59.71%。多步裂解条件下400℃是呋喃、醛类和酸类的主要析出阶段。乙酸在酸类中比重较大,单步裂解条件下500℃时占酸类的63.88%。CaO与磷酸盐作用下樟木粉热解的TG实验结果表明,K_2HPO_4与CaO加剧了高温区的热解反应。在主要反应阶段,一级、二级、三级化学反应模型都有较好的拟合,三种模型所得樟木粉热解活化能范围在65.70kJ/mol~92.53kJ/mol。K_3PO_4加入后,对活化能降低程度最大,在一级化学反应时降低了17.52kJ/mol。单一催化热解Py-GC/MS实验中以500℃为热解终温。结果表明,在单一催化热解中,CaO能够在一定程度上抑制小分子酸的生成,促进苯酚、甲酚、糠醛和左旋葡聚糖等化合物的生成。K_3PO_4能够有效促进酚类产物的生成,相对产率由28.22%提高到47.06%,同时可使酸类从14.26%降低到4.08%,Zn_3(PO_4)_2的加入会促进小分子酸和2-甲氧基-4-丙基-苯酚的生成。K_2HPO_4、KH_2PO_4、Zn_3(PO_4)_2都能够在一定程度上促进糠醛、左旋葡聚糖、苯酚的生成。另外,K_2HPO_4和KH_2PO_4能够促进间苯二酚和2,6-二甲氧基-4-(2-丙烯基)-苯酚的生成,抑制2-甲氧基-4-丙基-苯酚的生成。二元混合催化热解的Py-GC/MS实验结果表明,混合加入CaO与K_3PO_4后,左旋葡聚糖、甲酚、3-甲氧基-1,2苯二酚等化合物相对产率降低,2-丙烯酸、2,3,6-三甲基-苯酚、糠醛等相对产率升高。混合加入CaO和K_2HPO_4后,环戊酮类和酚类相对产率上升,乙酸有明显下降。CaO与KH_2PO_4二元混合催化剂对丙醛、2,5-二甲氧基-苯丙酸有明显协同促进作用。CaO与Zn_3(PO_4)_2二元混合催化剂对链烷烃、苯酚、间苯二酚等化合物的促进效果明显优于单一催化。CaO与磷酸盐混合对生物质热解过程均有一定的协同作用。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK6
【图文】：

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