杜氏盐藻和微晶纤维素催化转化制取生物燃料和化学品的研究

摘要

本研究课题以杜氏盐藻生物质和微晶纤维素作为研究对象,对其催化转化制取生物质燃料和化学品进行研究,主要结果如下:
　　 (1)杜氏盐藻裂解过程中,适量的二氧化碳气氛有助于提高裂解液体产率。在此基础上,对裂解废弃物充分回收利用,不仅可以减少CO2排放,还可以获得氢气。将杜氏盐藻500℃裂解后的固体残炭,与混合气(CO2:N2=1:2)在固定床反应器中进行反应。研究发现,无水蒸气和催化剂的情况下,CO2转化率和CO产率随温度升高而增加,反应温度升到700℃时,分别达到了13.75％和0.19 mol/(mol CO2)。当加入水蒸气后,反应温度为700℃时,CO2转化率、CO产率分别达到35.57％和0.68 mol/(mol CO2)。水蒸气和高温导致了CO2的高转化率。催化反应制氢是在两段控温反应器中进行的,首先是生物质炭水蒸气气化反应,反应后的混合气在Au/Al2O3催化剂上进行水煤气变换反应,最终气体产物中的H2浓度比无催化剂时相对提高了80.0％。
　　 (2)考察了固体酸性催化剂对杜氏盐藻加氢液化的影响。杜氏盐藻进行加氢液化过程的条件温和(200℃、2.0 Mpa、60 min)。与无改性的REHY催化剂相比,改性后的Ni/REHY催化剂催化效果最佳,生物油产率相对增加了40.0％。通过H2-TPD和XRD等表征方法对Ni/REHY催化剂进行详细研究,结果表明,Ni/REHY催化剂是具有双功能的催化剂,在加氢和裂解过程中起重要作用,氢气气氛下达到脱氧脱硫效果,从而改善了生物油品性质。生物油中的氧和硫含量相对杜氏盐藻降低,热值增加到30.11 MJ/Kg。通过GC-MS分析,生物油的主要成分为酯类和甘油,生物油品质得到提高。
　　 (3)考察了杜氏盐藻接种培养基预处理过程和催化剂对微晶纤维素降解制取化学品的影响。在微晶纤维素催化降解前,使用杜氏盐藻接种培养基进行预处理,发现微晶纤维素结晶度降低。相比于未预处理的微晶纤维素,预处理后的微晶纤维素催化降解率相差不多。而液体产物中乙酰丙酸含量最多达到15.5％,醇类物质提高到19.6％,环状化合物相对降低。催化剂对微晶纤维素降解后液体成分的影响明显。732型强酸性阳离子交换树脂催化降解微晶纤维素,液体产物主要成分为有机酸且达到19.0％。HZSM-5催化剂催化降解微晶纤维素,降解率为87.6％,低于732型强酸性阳离子交换树脂,但是液体产物中乙酰丙酸含量达到58.5％。当2％Pt/HZSM-5和732型强酸性阳离子交换树脂两种催化剂同时催化降解微晶纤维素,乙酰丙酸的含量降低到13.1％;而环状物质含量相对增加。