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禾本科生物质选择性热解制备4-乙烯基苯酚的研究

叶小宁  
【摘要】:生物质快速热解液化获得生物油是一种由水和数以百计的有机化合物的混合物,可作为液体燃料或化工原料用于不同的领域。然而,传统的生物油作为液体燃料的使用,品位、热值的表现,酸和耐蚀性、热稳定性和化学稳定性等都非常差。此外,各种高附加值化学品存在在传统的生物油,包括各种硬质材料等,但是由传统合成方法使大部分的物质含量很低,这使得提取分离不仅技术上的困难,而且没有良好的经济效益。为了提高生物油的应用价值,一方面可以精制生物油,另一方面可以针对特定的生物质原料,选择性控制热解反应过程,从而获得特定的高附加值生物油。1.甘蔗渣两级快速热解制备4-乙烯基苯酚和高品位生物油的研究在此项研究中,通过快速热解-气相色谱/质谱联用实验,探讨了甘蔗渣的快速热解产物分布特征和热解温度对其随后发生的二次热解产物分布的影响。实验结果表明,甘蔗渣低温一级热解产物富含4-VP,其在250℃下的相对峰面积含量高达48.11%,而在300℃下产率达到最大值。一级热解温度对后续二级热解产物分布有着较大的影响,从燃料品位而言,300℃下一级热解固体产物进行二级热解所获得的生物油具有很高的价值。由此甘蔗渣确定两级热解过程是:第一级300℃下的快速热解制备4-VP,然后在500℃对剩余固体残留物二次热解获得高附加值的液体产物。2.玉米全秆及其不同部位快速热解研究本研究通过Py-GC/MS实验,检查整个玉米秸秆不同部位(秆皮、叶子、果皮、芯部)的对比试验和快速热解的热解产物分布特征。实验结果表明,在较低的300℃温度下快速热解产物富含4-乙烯基苯酚(4-VP)的玉米秆芯,相对峰面积含量高达21.27%。而秆皮在相同热解条件下热解产物中富含大量的4-VP(15.6%),并且拥有大量5-羟甲基糠醛(HMF),相对含量可达到6.61%。叶子在500℃的热解温度下含有大量的小分子醛酮类产物。而玉米全秆以及果皮在选择性热解制备高附加值化学品角度对比其他三种玉米秆原料并无优势。3.产甲烷菌发酵玉米秆选择性热解制备4-乙烯基苯酚本研究通过Py-GC/MS实验,考察了经过产甲烷菌发酵处理5天、15天和25天的玉米秆在250-450℃热解条件下的产物分布。实验结果表明,预处理时间的长短对产物分布的影响并不明显。经过产甲烷菌预处理后的玉米秆热解极大的提高了4-VP的选择性。在250℃热解条件下,经过发酵5天的玉米秆热解形成4-VP的产率高达60.90%。而随着热解温度的升高,4-VP的产率反而逐渐降低。因此,得出发酵后玉米秆选择性热解制备4-VP的工艺技术为:经过5天产甲烷菌发酵后的玉米秆,在250℃低温条件下进行快速热解制备4-VP。


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