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沙柳水热转化制备生物油和生物碳的研究

李长军  
【摘要】:随着沙漠化的加剧,对防风固沙植物沙柳的研究越来越广泛,因其平茬的生理特性使得沙柳枝条的开发利用受到人们的关注。另外,由于化石燃料的不可再生性,生物质可再生能源受到了世界各国的广泛重视。亚临界流体具有优良的溶剂特性,可快速高效地转化生物质为液体燃料或化学品,成为当前生物质能转化领域的研究热点。 本文以沙柳为原料,以间歇式磁力反应釜为反应器,以水为溶剂,研究了沙柳的水热转化,考察了不同工艺条件对液化产率的影响,采用多种检测方法对水热转化产物生物油和生物碳进行了分析,并探讨了沙柳的水热液化机理。 温度、反应时间和液固比例能显著影响沙柳水热转化的液化产率。在不加催化剂的条件下,温度300℃,液固比例5:1,反应10min得到最高生物油总产率为30.25%,生物碳Hydrochar产率为19.21%。过程水回用能有效提高生物油总产率,在第三次过程水回用后生物油总产率达到46.87%。 NaHCO3、K2CO3作为催化剂显示出了良好的催化效果,能有效促进沙柳的液化,在一定程度上提高生物油HO产率。沙柳在300℃水中,加5%NaHCO3反应10min得到生物油总产率比不加催化剂条件下提高为3.3%。碱催化剂会使生物油的低沸点(400℃)物质的显著地增加,从64%提高到73%。 沙柳水热转化得到的生物油成分十分复杂,含有酮、酚、醇、烯烃、芳香烃、糠醛和呋喃等。催化剂的使用对于改变生物油组分作用不大。水溶相有机物主要组成为有机酸、环戊烯酮类和糠醛类,其中乙酸的相对含量最高。沙柳的水热液化过程十分复杂,主要是纤维素、半纤维素和木质素的水解、缩聚等反应以及它们分解生成的中间产物之间的相互反应。 沙柳水热转化得到的生物碳的热值达到21-27MJ/Kg,经过物理活化后比表面积达到288m2.g-1,说明生物碳有很好的作为固体燃料和吸附材料的潜力。 沙柳水热转化制备生物油和生物碳对于缓解部分石油危机和固碳方面具有一定的实际意义。


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