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滇池蓝藻的热化学转化试验研究

罗苏鹏  
【摘要】:伴随着经济的发展、社会的进步,能源紧缺与环境污染的问题也接踵而至。生物质能先天的优越性,注定其将在现在和未来人类可持续的能源发展体系中扮演着重要的角色。蓝藻作为湖泊等水域富营养化的主要产物,在破坏生态平衡的同时,也严重的危害着人类生活环境与身体健康。为此本论文研究采用热化学转化的方法将蓝藻转化为生物燃料,以达到经济、环境、社会发展的和谐共赢。 研究首先在不同的升温速率(10、20、40℃/min)下对蓝藻热解进行热重红外联用分析,结果表明:蓝藻热解主要分为水分干燥、解聚、挥发分析出和炭化四个阶段,同时,随着升温速率的增大,初始失重温度、失重率极值位置和吸热、放热峰位置向高温侧移动;通过采用Popescu法对蓝藻热解进行动力学分析,得到最佳的动力学模型为圆柱形对称的相界反应模型;实时在线的傅里叶红外光谱仪检测到热解过程产生的气体有HCN、NH3、CO、CO2、水蒸气和烷烃类气体。 此外,还在不同溶剂(水、乙醇和乙醇水混合溶剂)中对蓝藻进行了热化学液化的试验研究,结果表明:蓝藻在水溶剂中液化的最佳条件是:反应温度为380℃,反应时间为40min,料液比为1:20g/m1,液化总转化率和油产率分别是94.5%和41.3%,液体产物的主要成分是芳香族类、吡咯衍生物和吡啶衍生物;蓝藻在乙醇溶剂中液化的最佳条件是:反应温度为270℃,反应时间为30min,料液比为1:15g/ml,液化总转化率和油产率分别是86.6%和35.7%,液体产物主要是脂肪酸乙酯和其他含氮酯类;蓝藻在不同体积配比的乙醇水混合溶剂中液化的最佳条件是:乙醇-水体积配比为40%,反应温度为320℃,反应时间为30min,料液比为1:15g/ml,总转化率和油产率分别是92%和42.5%,其液体产物既有芳香族类、吡咯衍生物和吡啶衍生物,也有脂肪酸乙酯和其他含氮酯类,还有少量的酰胺类物质。 最后,采用不同的检测分析手段对液体产物(生物油)和液化残渣进行分析,可推测生物油主要来自蓝藻中蛋白质和粗脂肪的转化,其液化机理可能有以下七种方式:粗脂肪水解、蛋白质水解产物的进一步反应、粗脂肪水解成脂肪酸并与乙醇酯化、蛋白质水解成氨基酸并与乙醇酯化、粗脂肪被超(近)临界溶剂提取出有机酸或超(近)临界分解成脂肪酸并与乙醇酯化、蛋白质超(近)临界分解成氨基酸并与乙醇酯化、氨基酸与脂肪酸反应。


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