固体酸碱催化剂的改性及其催化裂解液化生物质（棉杆、马尾藻）的研究

发布时间：2017-12-24 19:06

本文关键词：固体酸碱催化剂的改性及其催化裂解液化生物质（棉杆、马尾藻）的研究　出处：《聊城大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：能源是人类社会生存与国民经济发展的重要物质基础,随着世界各国不断追求经济的持续快速发展,其对能源的消耗需求与日俱增,然而目前世界各国对能源的获取主要来自化石燃料,这也使得有限的化石资源急剧减少,能源压力日益凸显,在高速发展经济的同时对化石资源的保护也变得尤为重要。因此寻求一种新的安全清洁的可持续发展的能源体系成为世界各国科学家关注的重要课题。作为一种最具有产业化和规模化应用前景的可再生的生物质能源,它是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内的能量。生物质在自然界中的储存量极为丰富,其通常包括农作物,农作物废弃秸秆,森林工业废弃物,水生植物等等。长久以来生物质被直接燃烧使用以获取能量,不仅造成大量的浪费更对环境带来严重的污染。因此,通过裂解、液化等化学转化技术使之变为生物燃料或者高品值化学品这一研究引起相关科学家的重视。作为快速裂解技术中的微波辅助裂解技术、微波辅助催化液化技术、高压液化技术,近年来在生物质裂解应用方面取得了相当快的进展。本文以棉花秸秆、马尾藻等生物质作为原料,分别研究了微波裂解技术、微波辅助液化技术、以及高压水热液化技术对于生物质的转化工艺,以及生物油的主要成分、特点、性能。1.以棉花秸秆为原料,利用微波辅助裂解技术将棉花秸秆转化为生物油,研究其裂解工艺。利用单因素实验法和响应面分析法,研究了微波辅助裂解棉杆的最佳工艺条件。研究结果表明,该裂解过程最佳工艺条件为微波功率1800W、反应时间24min和反应温度550℃。在此条件下,微波辅助裂解棉花秸秆的生物油产率最高达到32.47%,热值15.47MJ/Kg。GC-MS数据分析显示该生物油成分中含有大量的长链羧酸酯及含酚类芳香化合物。2.以棉花秸秆为原料,以固体酸HZSM-5分子筛和改性HZSM-5分子筛作为催化剂,研究了微波辅助催化液化棉花秸秆制取生物油工艺。文中分子筛催化剂的使用代替了过去生物质液化反应中传统的强腐蚀性酸碱催化剂。研究发现,在棉杆的微波辅助催化液化反应中,芳香化学品的产量由传统加热棉杆时的8.4%增加到14.0%,0.02-Fe-HZSM-5作为催化剂时其棉杆的液化率较HZSM-5作为催化剂时提高了19.7%。3.以海洋植物马尾藻为原料,以改性固体酸HY分子筛作为催化剂,研究了马尾藻的微波辅助液化工艺。以不同浓度的硝酸铁溶液通过等体积浸渍法对HY分子筛催化剂进行改性,在马尾藻液化工艺研究中发现,改性HY分子筛酸性位点较原始HY分子筛明显增加。改性HY分子筛作为催化剂时马尾藻的液化产率较未改性HY分子筛作为催化剂时提高了15.2%,同时改性HY分子筛的存在减少了液化油中的含氧化合物。4.木质素是棉杆生物质的主要成分之一,是由大量含苯环结构单体组成的一种天然高分子聚合物,其性质稳定难以降解液化。本文采用高压水热液化技术,以固体碱水滑石为催化剂,研究棉杆木质素液化制取化学品。研究发现,固体碱水滑石催化剂能有效的促进了棉杆木质素中β-O-4键的断裂,在5%-Ni/HTCs改性水滑石催化下棉杆木质素的液化产率达到87.93%,GC-MS数据分析显示液化产物中成分绝大多数是芳香化合物,其中2-甲氧基苯酚以及2-甲氧基苯酚衍生物含量高达47.74%。
【学位授予单位】：聊城大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

【参考文献】