铵化木质素柴油的制备、表征及检测

发布时间：2020-04-22 10:26

【摘要】：能源危机一直以来都是全世界关注的焦点,其中化石能源的大量减少与人们对于化石能源的过度依赖都是亟待解决的问题。而随着造纸工业的不断发展,造纸黑液的处理问题成为了造纸行业难以攻破的难关。大量的木质素随着造纸废液一起排出既污染环境又造成了资源的大量浪费。实验研究发现木质素与柴油的能量密度相似,可以被用作柴油的替代品以达到废物利用、节约资源与节能减排的重要目的。基于以上的思想本文将从造纸黑液中提取的木质素铵化后采用微乳化技术将其与柴油制备成稳定的铵化木质素柴油微乳液,并针对该种铵化木质素柴油的理化指标、使用安全性、动力性能进行了全面系统的检测。木文为林业生物质的高效利用及新型生物质能源提供了新方法和新思路。本文主要结论如下： 1.本文通过详细的实验取得了从造纸黑液中提取木质素的最佳实验条件：酸析温度为80℃,酸析时间为50min,醋酸加入量为黑液中固形物质量的百分之16%(黑液中固形物的含量为30%计算)。并通过最佳实验条件制备得到纯木质素后进行了铵化反应利用析因分析的实验设计方法设计了铵化实验过程通过对铵化实验中三个因素作为可变因素进行考察即A(温度)55-85℃,B(时间)30-60min,C(氨水的用量)1.8-2.4倍。得到了铵化木质素制备的最优条件为：在蒸馏水的用量为木质素的10倍,桨式搅拌器的速度恒定的条件下,反应温度为65℃,反应时间为40min,氨水的用量为木质素的1.8倍,加样方式为将氨水的总量分四次缓慢加入每次时间间隔为5min。 2.针对造纸黑液中的碱木质素、酸析得到的木质素以及铵化反应得到的铵化木质素进行了理化性质相关的Na元素含量、TG、DSC、X-ray、同时还针对铵化木质素和纯木质素进行了FTIR检测确定其化学性质未发生改变。钠元素含量检测时可见木质素以及铵化木质素中钠元素的含量则比较低不会造成柴油发动机积炭的风险而碱木质素中的钠元素含量则比较高会对发动机有损害。TG、DSC、X-ray等相关的热力学检测都说明铵化木质素是极易溶于水的木质素衍生物,解决了碱木质素长期使用的容易造成发动机积炭的问题。证明了选用铵化木质素作为柴油替代品的必要性。 3.利用微乳化技术将铵化木质素与柴油混合在一起,从而达到节油减排的目的。本实验通过正交实验分析的设计手段应用SPSS实验设计软件经行优化实验。考察了HLB值、乳化剂用量、助乳化剂用量的三种微乳化反应中重要的影响因素并将这些反应的影响因素设定在8.3-9.3；4-6%；0.8-1.6%考察范围内。根据分层得分情况得出最优实验设计方案。并通过极差分析和方差分析9组预实验所得数据最终获得了微乳化实验的最优制备条件：HLB值为9.3,乳化剂用量为6%,助乳化剂用量为1.6%。利用所得的最优制备条件进行三次重复性实验证明所得最优制备条件重复性良好。同时利用一年时间进行了重复性实验可以看出这种最优条件制备的铵化木质素柴油稳定性好,放置一年时间不分层不浑浊。 4.本实验直接采用GB252-2000轻柴油检测标准而不应用生物柴油检测标准,本文针对铵化木质素柴油理化性质包括十六烷值、色度、氧化安定性、等十六项理化指标进行检测主要按照参照GB252-2000轻柴油测试标准进行检测。并且与相似研究的碱木质素柴油做了比较,可以看出铵化木质素柴油的燃烧性能良好比碱木质素柴油更利于柴油机的使用。以上理化性质的检测充分说明相较于碱木质素柴油,铵化木质素柴油的水分含量少、稳定性好已于储存运输、不会对柴油发动机有损害且流动性好、燃烧性能好利于打火还不易发生危险。内燃机实验说明铵化木质素柴油可以供给柴油机的正常运转所需的能量,不会出现暂停、歇火等运转问题。 5.本文特进行了铵化木质素柴油的整车实验以及自由加速排放检测。整车实验中不同速度行驶100公里所消耗的0#柴油与所消耗的铵化木质素柴油作比较,将铵化木质素柴油按照乳化实验制备时的79%的纯柴油含量计算出所消耗的纯柴油的量由数据可以看出铵化木质素柴油在行驶情况下相较于0#柴油要节油。0-75km/h全油门起步加速实验通过三组75km距离的往返实验证明了铵化木质素柴油相较于0#柴油纯柴油的节油率可达21%而且行驶是的发挥相对稳定不会出现熄火、减速等情况。400m距离由静止状态全油门加速试验结果也可证明铵化木质素柴油相较于0#柴油要省油,且节油率可达21%。同时排放检测也说明铵化木质素柴油比市售柴油尾气排放少且稳定所以有利于环境污染的改善。 6.经过300小时耐久性实验后柴油的各个零部件未发生剥落、烧蚀、断裂、粘结等异常现象；使用铵化木质素柴油的发动机燃烧室零部件(缸筒、活塞、气门导套、气门、气门杆)的磨损量、活塞环的张力与市售柴油相比较没有明显差异。从而系统全面的检测了铵化木质素柴油的使用状况和对与发动机的影响情况,长期使用不会对发动机造成影响。可以作为一种新型节能环保燃料被广泛应用。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X793;TE626.24

【参考文献】