微藻催化脱氧断键制航油的量子化学计算及选择性研究

发布时间：2020-11-16 14:51

　　 开发生物航油替代传统石化航油对于节能减排和低碳经济具有重要意义。微藻具有生长速度快和油脂含量高的特点,故利用微藻油脂转化制生物航油(C8-C16)成为国内外研究热点。本文通过量子化学计算揭示了微藻油脂典型成分的脱氧断键机理,制备了沸石咪唑金属骨架镍基催化剂和镍基介孔Y分子筛催化剂,提高了微藻油脂脱氧断键制备生物航油产物的转化率和产物选择性。本文以微藻油脂典型成分十六脂肪酸为例,基于其脱氧断键主要产物为十五烷烃的实验结果,通过量子化学计算揭示了其脱氧断键的竞争反应机理。提出十六脂肪酸脱氧断键的两条竞争反应路径,计算得到其中间产物和终端产物的化学键级键长和反应能垒。当NiH加成到羰基中的碳原子上时,羰基碳原子与邻位碳原子的键长由0.08007 nm拉长为0.08132 nm,有助于十六脂肪酸的脱羧反应;同时Ni-H加成到羰基中碳原子上的反应焓变为-40.75904 KJ/mol,低于Ni-H加成到羰基中氧原子上的反应焓变158.76714 KJ/mol,故脱羧反应更倾向于沿Ni-H加成到羰基中的碳原子路径进行。本文制备了沸石咪唑金属骨架镍基催化剂,研究了微藻生物质及其水热提取油脂催化脱氧断键制航油的转化率和选择性。利用XRD、XPS、SEM、BET等表征了催化剂的微观理化特性:当沸石咪唑金属骨架负载镍金属后,金属骨架中的碳氧钴含量降低而镍含量提升为22.25%,XRD特征峰出现偏移并且强度有所减弱,这是因为金属骨架中钴的电子部分转移给成功担载的镍金属。采用微藻水热提取油脂(微藻细胞中C50-C60的甘油三酸脂经亚临界水解提取得到C16-C24的脂肪酸)经沸石咪唑金属骨架镍基催化剂脱氧断键,制得航油产物的转化率和选择性分别为90.51%和37.83%,显著高于微藻生物质直接催化转化制备的航油产物。为了解决沸石咪唑金属骨架镍基催化剂的酸性不足问题,本文制备了具有酸性中心的镍基介孔Y分子筛催化剂并进行了微观理化表征,采用该催化剂将微藻水热提取的油脂脱氧断键显著提高了航油产物的转化率和选择性。微藻水热提取的油脂在镍基梯度介孔Y分子筛催化剂作用下在390℃时得到航油产物转化率为99.72%,选择性提高到50.79%,其中烷烃选择性达到43.21%。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

装置的结构组成如图2.1所示，该装置主要包括5大系统，分别是进料系统、预热系统即恒温反应器、换热及冷却器系统、清洗系统和控制系统，此外还包括一些过滤及降压装置、气液分离取样装置及混合器等部件。（1）进料系统进料加料器用于将微藻送入反应装置中，它的构成包括一个移动式活塞容器和加压泵操作步骤如下：首先手动将物料填充至容器中，再通过加压泵将物料输送至预热系统实现连续反应。进料系统同时用于检测各个环节的密封性，同时也包括一部分清洗过程。（2）预热系统预热器位于混合器与反应器之间，作用是用来预热物料，实现物料的快速升温，由于加热装置较短，控制温度较难，故需要预热装置进行预处理，一般设定温度低于反应温度，将加热过程分为两段也有利用余热的回收及能耗的降低。预热系统能够确保实验的顺利进行，保证反应温度在设定的温度下进行。（4）混合器混合器能够按一定比例混合水及藻浆，同时在混合器外包裹一层保温层，防止在预热器中预热的物料降温，实现物料温度的平稳过渡，降低能耗。

图2.2 Parr反应釜的构造备冻离心机釜中取出反应物后，使用高速冷冻离心机（BeckmanAva离心分层，对液相产物进行烘干之后再对液相产物进行等操作。本实验所使用的高速冷冻离心机配置了 JA-25.积为 50ml 或者 10ml 的离心管，最大离心力为 75600g。本实验使用的转速为 7000 转/min，持续时间为 10m冰箱用的超低温冰箱型号为 Thermo ScientificULT-2186-4-V物的保存，工作温度为-78℃。

浙江大学硕士学位论文 2 实验设备与方法12图2.3 管式炉示意图（4）鼓风干燥箱鼓风干燥箱（GZX-9070MBE）购买自上海博讯实业有限公司医疗设备,最高工作温度为 250℃。在离心机分离出液相产物后，将液相产物在干燥箱中干燥得出最终的航油产物，配置好的催化剂溶剂也在此干燥箱中干燥，航油产物的脱水干燥和化学溶剂的干燥温度为60℃。（5）马弗炉马弗炉也购自上海意丰电炉有限公司，其型号为 YFX7/10Q-GC，马弗炉主要用在催化剂的配置过程中，配好的催化剂在干燥后使用马弗炉对其进行煅烧，将硝酸镍煅烧为氧化镍，之后再送入管式炉进行还原步骤。马弗炉额定温度为 1200℃，额定功率为 2500W
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李洁琼;刘红全;袁莎;;微藻多糖的研究进展[J];现代化工;2016年06期

2 曹鹏飞;;能源微藻开发利用的研究[J];广州化工;2015年10期

3 杨艳丽;;基于开放池培养的微藻生物柴油经济成本分析[J];太阳能学报;2015年02期

4 刘天中;王俊峰;陈林;;能源微藻及其生物炼制的现状与趋势[J];生物产业技术;2015年04期

5 贾静文;;水生微藻的应用研究现状与展望[J];农村科学实验;2017年01期

6 胡雪鸿;;试析微藻油和鱼油中DHA的特性及应用[J];科学中国人;2017年23期

7 刘天中;张维;王俊峰;郎莹;张静;;微藻规模培养技术研究进展[J];生命科学;2014年05期

8 倪海波;;刘进:激扬青春探索微藻奥妙[J];中国发明与专利;2013年12期

9 王琴;符笳茵;应月;黎奇欣;黄嘉玲;;废水养殖高油微藻的研究进展[J];现代食品科技;2013年06期

10 杨黎;;微藻能源技术研发展望[J];中国工程咨询;2013年03期

相关博士学位论文 前10条

1 马春阳;微藻光谱辐射特性研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

2 郑禾山;利用头孢抗生素废水培养微藻制备生物吸附剂的研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

3 王新锋;基于能源转化的沼液浓缩稀水微藻养分循环利用研究[D];中国农业大学;2018年

4 巫小丹;利用有机废水生产微藻生物质的研究[D];南昌大学;2017年

5 彭阳;微藻生物材料对工业污水二价汞的脱除性能及机理研究[D];华中科技大学;2018年

6 王垚;产油微藻高效培养及其酶法制备生物柴油技术研究[D];暨南大学;2016年

7 董学卫;富油微藻繁育技术优化与蓝藻产不饱和脂肪酸的基因工程[D];广西大学;2018年

8 孙培培;微藻中抗糖基化活性成分的筛选、纯化以及抗神经炎症的研究[D];华南理工大学;2018年

9 任宏宇;微藻油脂合成策略及暗发酵细菌—微藻耦合产能研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

10 陈宇;低脂微藻催化水热液化及过程原位分析的研究[D];清华大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘建峰;微藻催化脱氧断键制航油的量子化学计算及选择性研究[D];浙江大学;2018年

2 朱江煜;微藻富集虾青素，藻蓝蛋白，副淀粉等产物的技术研究[D];扬州大学;2018年

3 赵震宇;抗氧化活性微藻选育、扩大培养及其代谢产物研究开发[D];海南大学;2018年

4 张超凡;细菌群体感应信号分子对微藻油脂产量的影响与机制[D];吉林大学;2018年

5 任香萤;基于加热预处理的气浮法采收微藻的试验研究[D];长安大学;2018年

6 孟鸽;三株球状绿藻油脂和花生四烯酸积累差异性及转录组学解析[D];暨南大学;2018年

7 杜健;利用水稻秸秆水解液培养微藻生长及油脂合成研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

8 蒙蕊;典型赤潮微藻对不同氮源的响应机制研究[D];中国科学院大学(中国科学院海洋研究所);2018年

9 李德溢;微藻型微生物燃料电池处理养猪废水特性研究[D];长安大学;2018年

10 苗鹏;微藻/棕榈壳催化热解制备芳烃的实验研究[D];青岛科技大学;2018年

本文编号：2886359