生物质脱氧降解行为主要产物的定性定量分析及应用研究
发布时间：2021-02-09 06:02
随着人类社会的发展,世界能源的消耗逐年提高。然而,化石能源的不可再生性及其使用给环境带来的问题,使得开发可再生性和环境友好性的新型能源成为科研人员工作的重点之一。本项研究的核心在于研究高效的生物质能源转化技术,并开发实用性生物质能源工艺。本研究首先由木质纤维素高效湿式脱氧降解技术展开。针对生物质高压水降解过程中,木质纤维素湿式脱氧降解转化率较低、渣产量较大、以及水的超临界状态需要较高的操作温度和操作压力等问题,本研究将互补溶剂概念引入生物质湿式脱氧降解研究。研究结果发现,采用典型互补溶剂1,4-二氧六环-水混合溶剂能够降低稻草湿式脱氧降解渣相产物的产率。在1,4-二氧六环和水混合湿式脱氧降解体系中,水发挥着亲核剂的作用。水会与稻草中原木素的一些活性中心发生反应,而1,4-二氧六环溶解纤维素和半纤维素,并注入生物质组织内部,与原木素结合。1,4-二氧六环将木质素碎片由木质纤维素组织溶入反应试剂,并引发随后的一系列降解反应。在生物质湿式脱氧降解转化过程中,生物质降解的中间产物和自由基等会发生一系列聚合和再聚合反应。在较低的降解温度下,反应产物中以固相产物,即残渣相居多。当湿式脱氧降解反应温...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
图表清单
第1章 绪论
1.1 生物质的定义和成分
1.1.1 生物质的定义
1.1.2 生物质成分
1.1.3 生物质的的特性
1.2 生物质能利用的意义和政策措施
1.3 当前生物质应用的主要技术
1.3.1 堆肥
1.3.2 厌氧消化
1.3.3 高温热解
1.3.4 生物质直接燃烧
1.3.5 生物质湿式脱氧降解
1.4 生物质干态及湿态降解技术的发展历程
1.4.1 湿态降解
1.4.2 干式脱氧降解
1.5 生物质干态及湿态降解技术的关键影响因素
1.5.1 干式脱氧降解
1.5.2 湿式脱氧降解
1.6 生物质烘焙和颗粒成型技术研究进展
1.7 流化床技术在生物质能源化利用领域的应用现状
1.8 本研究的目的、意义及主要内容
1.8.1 研究目的
1.8.2 研究意义
1.8.3 研究的主要内容
第2章 木质纤维素在亚/超临界互补溶剂（1,4-二氧六环-水）中的降解行为研究
2.1 引言
2.2 试验与分析
2.2.1 试验材料
2.2.2 试验操作流程
2.2.3 反应产物分离方法
2.2.4 1,4-二氧六环-水混合溶剂临界值的计算
2.2.5 稻草超/亚临界湿式脱氧降解产物的GC-MS分析方法
2.2.6 稻草原料的组分分析方法
2.2.7 稻草及超/亚临界湿式脱氧降解产物（油相和重油相）元素分析方法
2.2.8 稻草及油相重油相的傅立叶红外光谱分析
2.3 结果与讨论
2.3.1 温度对稻草超/亚临界湿式脱氧降解各相产物产率的影响
2.3.2 停留时间对稻草超/亚临界湿式脱氧降解各相产物产率的影响
2.3.3 1,4-二氧六环-水混合比例对稻草超/亚临界湿式脱氧降解产率的影响
2.3.4 稻草在1,4-二氧六环-水混合溶剂中超/亚临界湿式脱氧降解产物的红外光谱分析
2.3.5 稻草在1,4-二氧六环-水混合溶剂中超/亚临界湿式脱氧降解产物的气质联用分析（GC-MS）
2.4 本章小结
第3章 木质纤维素在亚/超临界乙醇-水和亚/超临界异丙醇-水溶液中的降解行为研究
3.1 引言
3.2 试验与分析
3.2.1 试验材料
3.2.2 反应器
3.2.3 试验操作流程
3.2.4 反应产物分离方法
3.2.5 混合溶剂临界值的计算
3.2.6 稻草超/亚临界湿式脱氧降解产物的GC-MS分析方法
3.2.7 稻草原料的组分分析方法
3.2.8 稻草及超/亚临界湿式脱氧降解产物元素分析方法
3.2.9 稻草和渣相产物的电子扫描电镜分析（SEM）
3.3 结果与讨论
3.3.1 温度对木质纤维素降解行为的影响
3.3.2 溶剂配比对木质纤维素降解行为的影响
3.3.3 GC-MS分析
3.4 小结
第4章 污水厂污泥在亚/超临界乙醇和丙酮溶剂中降解行为研究
4.1 引言
4.2 试验与分析
4.2.1 试验材料
4.2.2 反应器
4.2.3 试验操作流程
4.2.4 反应产物分离方法
4.2.5 污泥超/亚临界湿式脱氧降解产物的GC-MS分析方法
4.2.6 污泥及超/亚临界湿式脱氧降解产物元素分析方法
4.2.7 污泥湿式脱氧降解产物的黏度分析方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 温度对污泥乙醇和丙酮溶剂湿式脱氧降解行为的影响
4.3.2 醇溶剂/水比值对污泥湿式脱氧降解行为的影响
4.3.3 溶剂填充率对污泥湿式脱氧降解行为的影响
4.3.4 催化剂对污泥湿式脱氧降解行为的影响
4.3.5 油相的元素分析
4.3.6 油相的傅立叶红外光谱（FTIR）和气质联用（GC-MS）分析
4.3.7 油相的金属分析
4.4 小结
第5章 生物质在流化床中干式脱氧降解过程研究
5.1 引言
5.2 原料与操作
5.2.1 原料
5.2.2 烘焙反应过程
5.2.3 热值分析
5.2.4 堆积密度
5.2.5 粒径分布
5.2.6 吸水性分析
5.3 流化床分布板的设计
5.4 冷态流化床与热态流化床
5.4.1 冷态流化床试验
5.4.2 木屑原料TGA分析
5.4.3 流化床热化学烘焙反应
5.5 结果与讨论
5.5.1 木屑失重
5.5.2 烘焙木屑的热值
5.5.3 烘焙木屑的性质
5.6 小结
第6章 烘焙木屑的颗粒化研究
6.1 引言
6.2 仪器和操作方法
6.3 分析方法
6.3.1 吸水性分析
6.3.2 强度分析
6.4 结果与讨论
6.4.1 烘焙温度和烘焙停留时间对颗粒压制过程能量消耗的影响
6.4.2 烘焙温度和烘焙停留时间对颗粒推出过程能量消耗的影响
6.4.3 颗粒吸水性
6.4.4 颗粒强度分析
6.5 小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 认识和展望
参考文献
附录A 攻读学位期间论文发表情况
附录B 攻读学位期间参与的研究课题
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Separation and Bio-activities of Spirostanol Saponin from Tribulus terrestris[J]. ZHANG Shuang1,YANG Rui-jie2,LI Hong1,YIN Zong-yuan2,ZHOU Hong-yu2,LI Xu-wen2,JIN Yong-ri2* and YANG Shi-jie1* 1.Norman Bethune College of Medicine,Jilin University,Changchun 130021,P.R.China;2.College of Chemistry,Jilin University,Changchun 130012,P.R.China. Chemical Research in Chinese Universities. 2010(06)
[2]蹄叶橐吾根的化学成分研究[J]. 邓美彩,焦威,董玮玮,鲁润华. 天然产物研究与开发. 2009(05)
[3]生物质热解油品位催化提升的思考和初步进展[J]. 郑小明,楼辉. 催化学报. 2009(08)
[4]乙醇/水混合溶剂中Gemini表面活性剂的表面性质[J]. 胡尚林,卢婷,兰玉茹,黄建滨. 物理化学学报. 2008(12)
[5]生物质固化成型技术研究进展[J]. 刘延春,张英楠,刘明,张启昌,董征. 世界林业研究. 2008(04)
[6]榆木木屑快速热裂解主要工艺参数优化及生物油成分的研究[J]. 刘荣厚,栾敬德. 农业工程学报. 2008(05)
[7]DGGE和SSCP解析蔬菜类废物好氧降解过程细菌群落结构及演替的比较[J]. 叶凝芳,吕凡,何品晶,邵立明. 农业环境科学学报. 2007(03)
[8]生物质快速热裂解反应温度对生物油产率及特性的影响[J]. 刘荣厚,王华. 农业工程学报. 2006(06)
[9]玉米秸秆热解生物油特性的研究[J]. 王丽红,柏雪源,易维明,孔凡霞,李永军,何芳,李志合. 农业工程学报. 2006(03)
[10]喷动流化床生物质裂解液体产物的燃烧特性[J]. 陈明强,王君,王新运,张学才,张素平,任铮伟,颜涌捷. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2005(04)
博士论文
[1]催化剂对废生物质高压液化制取生物油产品产量和性质的影响研究[D]. 佟婧怡.湖南大学 2010
本文编号：3025173
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
图表清单
第1章 绪论
1.1 生物质的定义和成分
1.1.1 生物质的定义
1.1.2 生物质成分
1.1.3 生物质的的特性
1.2 生物质能利用的意义和政策措施
1.3 当前生物质应用的主要技术
1.3.1 堆肥
1.3.2 厌氧消化
1.3.3 高温热解
1.3.4 生物质直接燃烧
1.3.5 生物质湿式脱氧降解
1.4 生物质干态及湿态降解技术的发展历程
1.4.1 湿态降解
1.4.2 干式脱氧降解
1.5 生物质干态及湿态降解技术的关键影响因素
1.5.1 干式脱氧降解
1.5.2 湿式脱氧降解
1.6 生物质烘焙和颗粒成型技术研究进展
1.7 流化床技术在生物质能源化利用领域的应用现状
1.8 本研究的目的、意义及主要内容
1.8.1 研究目的
1.8.2 研究意义
1.8.3 研究的主要内容
第2章 木质纤维素在亚/超临界互补溶剂（1,4-二氧六环-水）中的降解行为研究
2.1 引言
2.2 试验与分析
2.2.1 试验材料
2.2.2 试验操作流程
2.2.3 反应产物分离方法
2.2.4 1,4-二氧六环-水混合溶剂临界值的计算
2.2.5 稻草超/亚临界湿式脱氧降解产物的GC-MS分析方法
2.2.6 稻草原料的组分分析方法
2.2.7 稻草及超/亚临界湿式脱氧降解产物（油相和重油相）元素分析方法
2.2.8 稻草及油相重油相的傅立叶红外光谱分析
2.3 结果与讨论
2.3.1 温度对稻草超/亚临界湿式脱氧降解各相产物产率的影响
2.3.2 停留时间对稻草超/亚临界湿式脱氧降解各相产物产率的影响
2.3.3 1,4-二氧六环-水混合比例对稻草超/亚临界湿式脱氧降解产率的影响
2.3.4 稻草在1,4-二氧六环-水混合溶剂中超/亚临界湿式脱氧降解产物的红外光谱分析
2.3.5 稻草在1,4-二氧六环-水混合溶剂中超/亚临界湿式脱氧降解产物的气质联用分析（GC-MS）
2.4 本章小结
第3章 木质纤维素在亚/超临界乙醇-水和亚/超临界异丙醇-水溶液中的降解行为研究
3.1 引言
3.2 试验与分析
3.2.1 试验材料
3.2.2 反应器
3.2.3 试验操作流程
3.2.4 反应产物分离方法
3.2.5 混合溶剂临界值的计算
3.2.6 稻草超/亚临界湿式脱氧降解产物的GC-MS分析方法
3.2.7 稻草原料的组分分析方法
3.2.8 稻草及超/亚临界湿式脱氧降解产物元素分析方法
3.2.9 稻草和渣相产物的电子扫描电镜分析（SEM）
3.3 结果与讨论
3.3.1 温度对木质纤维素降解行为的影响
3.3.2 溶剂配比对木质纤维素降解行为的影响
3.3.3 GC-MS分析
3.4 小结
第4章 污水厂污泥在亚/超临界乙醇和丙酮溶剂中降解行为研究
4.1 引言
4.2 试验与分析
4.2.1 试验材料
4.2.2 反应器
4.2.3 试验操作流程
4.2.4 反应产物分离方法
4.2.5 污泥超/亚临界湿式脱氧降解产物的GC-MS分析方法
4.2.6 污泥及超/亚临界湿式脱氧降解产物元素分析方法
4.2.7 污泥湿式脱氧降解产物的黏度分析方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 温度对污泥乙醇和丙酮溶剂湿式脱氧降解行为的影响
4.3.2 醇溶剂/水比值对污泥湿式脱氧降解行为的影响
4.3.3 溶剂填充率对污泥湿式脱氧降解行为的影响
4.3.4 催化剂对污泥湿式脱氧降解行为的影响
4.3.5 油相的元素分析
4.3.6 油相的傅立叶红外光谱（FTIR）和气质联用（GC-MS）分析
4.3.7 油相的金属分析
4.4 小结
第5章 生物质在流化床中干式脱氧降解过程研究
5.1 引言
5.2 原料与操作
5.2.1 原料
5.2.2 烘焙反应过程
5.2.3 热值分析
5.2.4 堆积密度
5.2.5 粒径分布
5.2.6 吸水性分析
5.3 流化床分布板的设计
5.4 冷态流化床与热态流化床
5.4.1 冷态流化床试验
5.4.2 木屑原料TGA分析
5.4.3 流化床热化学烘焙反应
5.5 结果与讨论
5.5.1 木屑失重
5.5.2 烘焙木屑的热值
5.5.3 烘焙木屑的性质
5.6 小结
第6章 烘焙木屑的颗粒化研究
6.1 引言
6.2 仪器和操作方法
6.3 分析方法
6.3.1 吸水性分析
6.3.2 强度分析
6.4 结果与讨论
6.4.1 烘焙温度和烘焙停留时间对颗粒压制过程能量消耗的影响
6.4.2 烘焙温度和烘焙停留时间对颗粒推出过程能量消耗的影响
6.4.3 颗粒吸水性
6.4.4 颗粒强度分析
6.5 小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 认识和展望
参考文献
附录A 攻读学位期间论文发表情况
附录B 攻读学位期间参与的研究课题
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Separation and Bio-activities of Spirostanol Saponin from Tribulus terrestris[J]. ZHANG Shuang1,YANG Rui-jie2,LI Hong1,YIN Zong-yuan2,ZHOU Hong-yu2,LI Xu-wen2,JIN Yong-ri2* and YANG Shi-jie1* 1.Norman Bethune College of Medicine,Jilin University,Changchun 130021,P.R.China;2.College of Chemistry,Jilin University,Changchun 130012,P.R.China. Chemical Research in Chinese Universities. 2010(06)
[2]蹄叶橐吾根的化学成分研究[J]. 邓美彩,焦威,董玮玮,鲁润华. 天然产物研究与开发. 2009(05)
[3]生物质热解油品位催化提升的思考和初步进展[J]. 郑小明,楼辉. 催化学报. 2009(08)
[4]乙醇/水混合溶剂中Gemini表面活性剂的表面性质[J]. 胡尚林,卢婷,兰玉茹,黄建滨. 物理化学学报. 2008(12)
[5]生物质固化成型技术研究进展[J]. 刘延春,张英楠,刘明,张启昌,董征. 世界林业研究. 2008(04)
[6]榆木木屑快速热裂解主要工艺参数优化及生物油成分的研究[J]. 刘荣厚,栾敬德. 农业工程学报. 2008(05)
[7]DGGE和SSCP解析蔬菜类废物好氧降解过程细菌群落结构及演替的比较[J]. 叶凝芳,吕凡,何品晶,邵立明. 农业环境科学学报. 2007(03)
[8]生物质快速热裂解反应温度对生物油产率及特性的影响[J]. 刘荣厚,王华. 农业工程学报. 2006(06)
[9]玉米秸秆热解生物油特性的研究[J]. 王丽红,柏雪源,易维明,孔凡霞,李永军,何芳,李志合. 农业工程学报. 2006(03)
[10]喷动流化床生物质裂解液体产物的燃烧特性[J]. 陈明强,王君,王新运,张学才,张素平,任铮伟,颜涌捷. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2005(04)
博士论文
[1]催化剂对废生物质高压液化制取生物油产品产量和性质的影响研究[D]. 佟婧怡.湖南大学 2010
本文编号：3025173
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