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低脂微藻催化水热液化及过程原位分析的研究

陈宇  
【摘要】:化石资源的频临枯竭和不可再生性促使人们开发可再生的燃料来满足日益增长的能源需求。由于光合作用效率高和生长周期短等优点,以微藻生物质为原料制备液体燃料成为当前关注的重点。为了避免干燥工序所需的能耗,水热液化微藻制备生物油成为了当前微藻转化的主要技术之一。本文针对微藻催化水热液化和水热液化过程的原位分析技术开展了系统研究,特别是高水热稳定性催化剂的制备及其催化性能的研究,其主要成果如下:首先,选择具有不同酸碱性的催化剂用于催化微藻水热液化制备生物油。结果表明:碱性催化剂有利于提高微藻的转化率和产油率,而酸性催化剂则有利于提高生物油的品质。由于催化作用机制不同,催化剂的加入有利于降低所得生物油的灰分含量,并能影响生物油的化学组分和沸点分布。其次,将Ni、Pd和Co等金属负载的碳纳米管(CNTs)作为催化剂来催化微藻水热液化制备生物油。结果表明:金属负载型催化剂的引入有利于提高微藻水热液化的转化率和生物油产率。催化微藻水热液化所得生物油组成方面含有较高的烃类化合物和较低的脂肪酸。催化剂的类型对水热液化反应途径、生物油的化学组分和沸点分布均产生了显著影响。再次,通过金属掺杂法和烷基化嫁接法制备高水热稳定性的介孔催化剂,并用于微藻催化水热液化,结果表明:金属掺杂法和烷基化嫁接法对于提高介孔材料的水热稳定性均是有利的,金属掺杂法的特点是将金属杂原子组装到介孔材料的骨架中,而烷基化嫁接则是通过烷基化试剂封闭介孔材料的表面羟基,所得介孔材料的水热稳定性与掺杂金属物种和嫁接烷基化试剂的结构相关。由金属掺杂和烷基化嫁接所得介孔材料催化微藻水热液化所得的生物油中含有较高的呋喃衍生物和较低的脂肪酸,同时含氮杂原子化合物的含量也显著降低。最后,以石英毛细管作为反应器,研究了微藻模型化合物及其混合物的相行为和原位拉曼光谱。结果表明:单一模型化合物因其物种和原料结构的不同而显示出不同的液化相行为,而混合模型化合物的液化过程则呈现出显著的相互作用;从气相和水相获得的与液化反应相关的拉曼特征峰表明拉曼光谱可用于水热液化过程的原位分析;模型化合物及其混合物的水热液化的产物组成分析结果表明,模型化合物在水热液化过程中存在明显的协同作用,所得研究结果与相行为和拉曼光谱的结果基本保持一致。


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