基于生物表面活性剂鼠李糖脂的生物油/柴油燃料体系的微乳化机理研究

摘要

近些年来能源危机和环境污染问题逐渐加重，生物质能源作为绿色可再生能源受到了广泛关注。通过生物质快速热解液化得到的生物油，具有低碳、可再生和环境友好性。近些年来生物油被认为是最具有发展前景的新能源。但是生物油因其高含水率，高腐蚀性和不稳定性仍需要被进一步提质。而微乳技术因其能耗低，成本小，已经被认为是一种提质生物油的有效手段。有关用微乳技术提质生物油的研究已经很多，但是表面活性剂/生物油/柴油的微乳化机制鲜有被研究。
　　基于此，本研究构建基于生物表面活性剂鼠李糖脂的生物油/柴油微乳系统，通过增溶性实验、热重分析和傅里叶变换红外光谱分析对表面活性剂、生物油/柴油的微乳化过程和机制进行了研究。通过测定最佳表面活性剂、助表面活性剂浓度确定最佳的生物油/柴油微乳构建方案。实验以正庚醇为助表面活性剂，通过考察表面活性剂/助表面活性剂浓度的增溶能力和效率，得到最佳鼠李糖脂浓度为5gL-1，并非表面活性剂浓度越高越有益于增溶。而助表面活性剂正庚醇的加入同无助剂时相比并没有提高增溶体积，且其本身的增溶效率也较低。所以后续实验配方中只用表面活性剂鼠李糖脂构建微乳体系。通过增溶性实验、热重分析和傅里叶变换红外光谱分析发现，实际上微乳化过程是在表面活性剂影响下打破和重建两相平衡的过程。微乳化结束后，生物油中的大多数成分都以不同的质量比例溶入到了柴油相中。其中，溶入上层微乳中的主要成分可能是愈创木酚、糠醛和乙醛，它们的增溶机制为相似相溶;溶入微乳逆胶束核中的主物质可能是水和亲水性较强的的羟基丙酮和甲醇;而溶入到逆胶束栅栏层中的物质主要为香草醛和乙二醛，本研究认为葡萄糖并没有被溶入微乳体系中，或只进入了极少量。另外，研究还发现微乳体系的热重分解速率较其他柴油体系更低，这可能和溶入微乳中的物质种类和所在位置有关。相对较低的分解速率对微乳燃料的稳定性起到一定积极作用。
　　本实验对生物油/柴油/鼠李糖脂微乳系统的研究将为未来基于鼠李糖脂的微乳燃料系统研究提供选择表面活性剂、助表面活性剂浓度的依据。测定微乳化生物油的构成配方和微乳化过程机制将为更高效、精准地提质生物质能源提供重要的理论依据。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 生物质能源概况

1．2．1 生物质能源的分类与特点

1．2．2 生物质能源的利用

1．3 生物油的概况

1．3．1 生物油的组成和特点

1．3．2 生物油的提质方法

1．3．3 生物油的国内外研究现状

1．4 微乳理论

1．4．1 微乳液的分类和特性

1．4．2 微乳液的结构理论

1．4．3 微乳燃料的燃烧理论

1．4．4 微乳燃料体系的研究进展

1．5 表面活性剂理论

1．5．1 表面活性剂的结构

1．5．2 表面活性剂的分类

1．5．3 表面活性剂的增溶作用

1．5．4 生物表面活性剂

1．5．5 助表面活性剂

1．6 研究目的

第2章 实验材料与方法

2．1 实验思路

2．2 实验材料

2．2．1 实验主要试剂

2．2．2 实验主要设备

2．3 实验主要内容及分析方法

2．3．1 模拟生物油／柴油微乳液的制备

2．3．2 助表面活性剂对微乳液增溶性能的影响

2．3．3 微乳化机理的研究

2．3．4 微乳燃料特性分析

2．4 本章小结

第3章 柴油／模拟生物油／鼠李糖脂微乳燃料的形成过程与其微乳化机理

3．1 柴油／模拟生物油／鼠李糖脂微乳液的构建

3．1．1 鼠李糖脂浓度的选择

3．1．2 助表面活性剂对增溶生物油的影响

3．2 微乳化机理的研究

3．2．1 鼠李糖脂浓度对模拟生物油组分增溶效果的影响

3．2．2 热重分析

3．2．3 傅里叶变换红外光谱分析

3．2．4 微乳化机理分析

3．3 本章小结

第4章 柴油／模拟生物油／鼠李糖脂微乳体系的燃料特性分析

4．1 燃料元素分析

4．2 燃料理化特性分析

4．3 燃料稳定性分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利目录

攻读硕士学位期间参与的项目

致谢