收藏本站
《西北农林科技大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于生物质转化制备生物油及生物聚氨酯泡沫材料的制备与性能探究

李宏伟  
【摘要】:利用小麦秸秆快速热裂解生物油成功地制备了生物聚氨酯泡沫。利用乙酸乙酯溶剂萃取小麦秸秆快速热裂解粗生物油得到萃取物(简称生物油,羟值:77.8 mg KOH/g)并用于制备生物聚氨酯泡沫材料。利用GC-MS和FTIR对粗生物油和生物油进行检测,结果表明,通过有机溶剂乙酸乙酯萃取,生物油中的羟基化合物明显地多于粗生物油中羟基化合物的含量。通过单因素试验探究了生物油取代率(30-70 wt%)、混合异氰酸酯(PM200和PMDI)中PM200百分比(0-40 wt%,PM200和PMDI总的百分含量为40 wt%)、催化剂A-1/A-33比例(0.1 wt%/0.3-0.7 wt%)、表面活性剂甲基硅油(0.8-1.2wt%)、交联剂二乙醇胺(0.0-2.0 wt%)、催化剂T-9(0.1-0.3 wt%)和发泡剂水(2.0-4.0wt%)对泡沫外观特征的影响(所有发泡配方百分比均基于100份总多元醇的量)。通过单因素试验结果筛选,选取对泡沫特征影响较大的因素,利用响应面(RSM)试验对泡沫的发泡配方进行优化,包括生物油取代率(30-50 wt%)、异氰酸酯PM200百分比(10-30 wt%)和交联剂(0.5-1.5 wt%)对泡沫样品回弹性的影响。得到优化后的泡沫配方为:生物油取代率30 wt%、PM200百分比17.9 wt%、交联剂0.5 wt%。在此条件下,泡沫样品的回弹性为37%。TGA/DTG分析结果表明泡沫样品的热稳定性良好,在200°C之前没有重量损失。这说明生物聚氨酯泡沫制品具有作为汽车坐垫材料的应用潜力。成功地探索出较温和的小麦秸秆液化反应条件并利用液化生物油制备生物聚氨酯泡沫。以上述小麦秸秆快速热裂解生物油制备生物聚氨酯泡沫的发泡配方为基础,探究了小麦秸秆液化生物油制备生物聚氨酯泡沫的可行性。在较温和的反应条件下对小麦秸秆原料进行碱催化液化,研究了反应温度、反应时间、催化剂用量和溶剂类型对生物油得率和固体残渣率的影响。得到小麦秸秆液化的最佳反应条件为:乙醇-水混合溶剂(50/50,v/v)、催化剂NaOH加入量15 wt%、反应温度270°C和反应时间120 min。在此条件下,生物油的得率为72.1%,质均分子量为1000 g/mol,羟值为449 mgKOH/g。探究了不同生物油取代率(30-50 wt%)对生物聚氨酯泡沫样品外观形态、密度、力学性能以及热力学性质的影响。成功地利用50 wt%的生物油取代石油多元醇PPG400并在较低的发泡催化剂用量(0.5 wt%)的条件下合成了生物聚氨酯泡沫。与空白泡沫(利用100%PPG400多元醇合成的泡沫)相比,生物聚氨酯泡沫样品具有良好的热传导性(0.040-0.050 W/(m·K))和热稳定性。利用单因素及响应面试验对小麦秸秆液化生物油制备生物聚氨酯泡沫的工艺进行了优化。通过单因素试验深入探究了小麦秸秆液化生物油(取代率50 wt%)制备生物聚氨酯泡沫的影响因素,包括甘油加入量(0-20 wt%)、催化剂用量(0.5-2.0 wt%)、发泡剂添加量(0.5-2.0 wt%)和异氰酸指数NCO/OH(1.1-1.5)对生物聚氨酯泡沫外观形态的影响。利用四因素三水平的响应面(RSM)优化试验探究NCO/OH、甘油加入量、催化剂用量和发泡剂添加量对生物聚氨酯泡沫力学性能(压缩强度)的影响。通过二元回归模型分析得到生物聚氨酯泡沫的最佳合成工艺条件为:NCO/OH 1.24、甘油12.11wt%、催化剂0.76 wt%和发泡剂1.31 wt%。经验证试验结果可知,在此工艺条件下得到的泡沫样品的最大压缩强度为180 kPa,热传导值为0.045 W/m·K,并且具有良好的热力学稳定性。这说明生物聚氨酯泡沫制品具有作为隔热保温材料的应用潜力。成功地探索出利用小麦秸秆生物油制备吸水性生物聚氨酯泡沫的合成工艺。利用小麦秸秆液化生物油成功地取代40-50 wt%的石油多元醇合成了具有开孔结构和高吸水性能的亲水性生物聚氨酯(BHPU)泡沫。深入探究了表面活性剂类型,催化剂用量,发泡剂类型和石油多元醇类型(PPG 400和VORANOL 280)对泡沫外观特征和物理性质(密度,吸水率,开孔率等)的影响。得到BHPU泡沫的最佳合成工艺条件为:表面活性剂4 wt%,发泡剂10 wt%,NCO/OH 0.4。BHPU泡沫的吸水率和吸水时间分别为594-1085%和6-140 s。结合力学试验,SEM,DSC,TGA,种子萌芽试验和耐候性试验结果可知,BHPU泡沫制品具有作为无土栽培基质的应用潜力。成功地探索出小麦秸秆/芒草有机酸水解反应条件并利用水解产物生物油制备亲水性生物聚氨酯泡沫。以小麦秸秆液化生物油制备吸水性聚氨酯(BHPU)泡沫材料的发泡配方为基础,探究生物质有机酸水解产物生物油制备BHPU泡沫的可行性。利用有机酸水解芒草/小麦秸秆,在固定的料液比1:9(g/mL)和乙酸-水(9:1,v/v)混合溶剂的条件下,研究催化剂加入量(98 wt%硫酸)、反应温度和反应时间对粗纤维素产品得率和木质素残留率的影响。得到芒草(MCT)和小麦秸秆(WS)有机酸水解的最佳反应条件为:催化剂10 wt%、反应温度100°C和反应时间120 min。在此条件下,MCT和WS粗纤维素得率,木质素脱除率分别为54%和49.6%,4.2%和11%。生物油的得率分别为44%和49.5%,羟值分别为157 mgKOH/g和608 mgKOH/g。探究了生物油中不同的溶剂含量、交联剂用量、NCO/OH、表面活性剂用量和生物油取代率对BHPU泡沫样品外观形态以及物理性质的影响。得到BHPU泡沫的最佳合成工艺条件为:MCT/WS生物油取代率100 wt%、溶剂含量30-50 wt%、交联剂0-20 wt%和NCO/OH 0.4-0.8。在此条件下,BHPU泡沫样品的压缩强度(10%压缩形变)和弹性模量(MOE)分别为6-33 kPa和4.5-24 kPa,吸水率和吸水时间分别为317-494.8%和41.5-90.5 s,与小麦秸秆液化生物油制备的BHPU泡沫的基本性质相似。TGA/DTG结果表明BHPU泡沫具有良好的热稳定性。说明利用生物质有机酸水解产物生物油制备的BHPU泡沫制品也具有作为无土栽培基质的应用潜力。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE667;TQ328.3

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王丽红;柏雪源;易维明;孔凡霞;李永军;何芳;李志合;;玉米秸秆热解生物油特性的研究[J];农业工程学报;2006年03期
2 王贤华;陈汉平;罗凯;杨海平;张世红;;提高生物油稳定性的方法[J];化工进展;2006年07期
3 ;秸秆炼成生物油[J];中国农村科技;2006年07期
4 ;利用秸秆“提炼”生物油[J];中国·城乡桥;2006年07期
5 王凤旵;王君;陈明功;张学才;邵群;陈明强;;生物油的特性及其应用研究进展[J];生物质化学工程;2008年01期
6 孙培勤;臧哲学;孙绍晖;陈俊武;;生物油的分离与分析研究进展[J];可再生能源;2008年05期
7 梁伟;王铁军;张琦;;生物油燃烧技术研究进展[J];可再生能源;2009年01期
8 王景华;崔洪友;李志和;易维明;;生物油的性质及其分离研究进展[J];化工进展;2009年12期
9 阮仁祥;李文志;张颖;朱锡锋;;生物油轻组分的催化氢化与酯化[J];中国科技论文在线;2010年03期
10 石文;张长森;徐兴敏;任献涛;马梅英;张瑞芹;;分级冷凝与电捕获器分离精制生物油研究[J];现代化工;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐玉福;胡献国;王琼杰;李文东;;生物油的精制对其腐蚀与磨损性能的影响[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
2 张琦;常杰;吴创之;王铁军;;生物油改质提升研究的进展[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
3 王九;陈波水;方建华;安建勇;;新型代用燃油—生物油应用研究进展[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
4 徐玉福;胡献国;俞辉强;胡立人;;蓝藻/绿藻共液化生物油的润滑性能研究[A];第十一届全国摩擦学大会论文集[C];2013年
5 刘春泽;张睿哲;杨静;戴立益;;藻类水热法催化转化为生物油的研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第28分会:绿色化学[C];2014年
6 周东;张良;张士成;付洪波;陈建民;;大型海藻浒苔水热液化提取生物油[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
7 田启魁;吕兆林;张行;李瑞;;快速热解生物油萃取分离工艺基础研究[A];第九届中国林业青年学术年会论文摘要集[C];2010年
8 刘松锋;高岩;王洪艳;;近临界水提取棒状玉米秸秆中生物油[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第09分会:应用化学[C];2014年
9 王丽红;易维明;柏雪源;殷哲;;生物质热解产物分析与生物油/柴油乳化研究[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集(上册)[C];2008年
10 刘荣厚;蔡均猛;邓春健;梅晓岩;沈飞;吴汉靓;王远远;黄彩霞;;生物质快速热裂解制取生物油技术的研究进展[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘纯友 通讯员  汪明星;生物油在肥试产成功[N];安徽日报;2007年
2 记者 姜海;美开发出家禽废弃物转化生物油装置[N];科技日报;2007年
3 邱阳;新技术可用烟道气中的二氧化碳制取生物油[N];中国知识产权报;2010年
4 记者 彭德倩;5吨浒苔=1吨“生物油”[N];解放日报;2010年
5 记者 刘纯友;两吨秸秆可产生物油一吨[N];安徽日报;2006年
6 记者  陈敬农;两吨秸秆可产一吨生物油[N];科技日报;2006年
7 赵佳怡;从生活垃圾和工业废弃物中获取新能源[N];中国建材报;2011年
8 特约记者 杨保国;中科大热解液化秸秆制生物油[N];大众科技报;2006年
9 记者 赵凤华 通讯员 信永华;烟道气中的二氧化碳可制取生物油[N];科技日报;2009年
10 赵凤华 信永华;从烟道气中“寻找”生物油[N];中国技术市场报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李宏伟;基于生物质转化制备生物油及生物聚氨酯泡沫材料的制备与性能探究[D];西北农林科技大学;2017年
2 姚燕;生物油的分馏及品位提升试验研究[D];浙江大学;2008年
3 杨续来;生物油的烯烃改性精制及应用基础研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 熊万明;生物油的分离与精制研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 彭锦星;木质原料快速热解制取生物油及生物油分级催化提质研究[D];天津大学;2012年
6 郑先伟;生物油分级调变与催化加氢提质研究[D];华南理工大学;2015年
7 叶俊;生物油催化提质催化剂制备及工艺研究[D];华南理工大学;2015年
8 徐兴敏;生物质热解油催化加氢脱氧提质研究[D];郑州大学;2014年
9 谢华清;CO_2吸附强化生物油催化重整制氢的基础研究[D];东北大学;2014年
10 周铭昊;水相生物油提质制备含氧燃料催化剂制备与研究[D];东南大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张健;生物油乳化及其乳化液性质的研究[D];中国科学技术大学;2009年
2 阮仁祥;生物油的精炼提质研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 黄锋;钌、铑、镍、钯络合物催化精制生物油研究[D];中国科学技术大学;2011年
4 贺博;生物油的分级分离和初步改性[D];浙江大学;2007年
5 陈宏伟;生物油相分离与提质[D];中国科学技术大学;2011年
6 黄相振;微波辅助液化木质素制取生物油及残余木质素的消解[D];华南理工大学;2015年
7 李美惠;减压蒸馏生物油与乙醇在金属负载微介孔分子筛上共催化裂化的研究[D];天津理工大学;2015年
8 刘纯建;生物油催化酯化改质及模型化合物反应动力学的研究[D];华南理工大学;2015年
9 翟康;负载型非晶态催化剂对生物油催化提质性能研究[D];郑州大学;2015年
10 方丽娜;微藻水热液化制备生物油的过程控制及分析的研究[D];石河子大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026