活性氧化铝催化热解小球藻的实验研究

摘要

本论文选用产量高，不占用耕地，具有巨大的资源开发潜力的海洋生物小球藻作为原料进行热解实验制取生物油。采用TG/DTG分析技术分析了小球藻的热解特性，小球藻热解过程可以分为4个阶段。190℃～550℃之间为小球藻的主要的燃烧失重区，小球藻的挥发分较陆上木质类生物质较早析出。考察了不同升温速率对小球藻热解特性的影响，结果显示随着升温速率增加，小球藻热解综合燃烧特性指数r增加，表明试样的燃烧特性变好。用Coats-Redfern法对小球藻热解进行反应动力学研究，确定小球藻热解适合采用二级反应模型进行描述，利用最佳机理函数求出了不同升温速率相应的动力学参数和拟合直线方程。
　　本论文采用管式炉对小球藻进行了催化热解和直接热解的对比实验。选用活性氧化铝作为催化剂，并对氧化铝进行了XRD、NH3-TPD以及BET等一系列表征，对热解所得的产物分布、液体产物热值以及含水率等进行测试。活性氧化铝催化热解小球藻的液体产物产率可达51.58％，热值可达36.09MJ/Kg。初步分析催化原理是由于小球藻中的水分和热解过程中产生的H20分子促使了活性氧化铝中L酸转变成了B酸，并产生了碱中心，为催化反应的进行提供了活性中心。
　　本论文采用正交实验法，对小球藻的催化热解实验条件进行了探索，最佳实验条件为:温度600℃、升温速率5℃/min、载气流量75ml/min。将反应过的残渣煅烧再生后与小球藻进行催化热解实验，持续再生7次后，依然具备催化活性。通过XRD分析得出，随着再生次数的增加，氧化铝晶型由立方相转变成了单斜相，并与小球藻热解后的残渣发生了相互作用。
　　本论文采用浸渍法，将活性氧化铝作为载体，考察负载三种不同的活性组分以及最优活性组分负载量对小球藻的催化热解的影响。结论得出负载后的催化剂催化热解得到的液体产物的含量和热值均高于直接裂解后的结果，但与活性氧化铝作为催化剂相比仍有差距，通过对催化剂进行SEM-EDS、BET、XRD等表征分析，得出活性组分在氧化铝表面的负载效果不好，大部分粒子发生了团聚，并且与载体发生了相互作用，这是催化活性降低的原因。

目录

摘要

1．绪论

1．1 研究背景

1．2 生物质及生物质能的概述

1．2．1 生物质及生物质能的定义

1．2．2 生物能转化的途径

1．3 生物质热解概述

1．3．1 热解简介

1．3．2 热解原理

1．3．3 热解过程中的影响因素

1．3．4 热解原料

1．3．5 生物油

1．4 催化剂研究现状

1．5 Yγ-Al2O3在催化剂及载体领域的应用

1．5．1 氧化铝的分类

1．5．2 氧化铝的制备

1．5．3 氧化铝的表面结构

1．5．4 氧化铝在催化领域中的应用

1．6 本文研究内容

2．小球藻热解特性分析

2．1 引言

2．2 实验原料及实验条件

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验设备及条件

2．3 热解过程分析

2．4 升温速率对热解特性的影响

2．5 热解动力学分析

2．5．1 Coats-Redfern法确定动力学参数

2．5．2 动力学参数的计算

2．6 本章小结

3 氧化铝作为催化剂催化热解小球藻的实验研究

3．1 引言

3．2 实验原料

3．3 实验装置

3．4 实验方法

3．5 实验结果计算方法

3．6 小球藻的催化裂解和直接裂解实验

3．7 γ-Al2O3催化机理探讨

3．8 小球藻催化裂解实验条件的探索

3．8．1 实验方案

3．8．2 实验主要影响因素的探讨

3．8．3 温度对热解的影响

3．8．4 升温速率对热解的影响

3．8．5 载气流量对热解的影响

3．9 添加比例对实验的影响

3．10 催化剂再生次数的实验研究

3．10．1 再生方法

3．10．2 再生次数对小球藻热解产物分布的影响

3．10．3 再生次数对小球藻热解油性质的影响

3．10．4 再生次数对γ-Al2O3晶相的影响

3．11 本章小结

4 γ-Al2O3作为载体催化热解小球藻的实验研究

4．1 引言

4．2 实验方法

4．3 实验原料及仪器

4．4 实验结果

4．5 负载型催化剂催化性能的测试

4．6 不同催化剂对热解产物的影响

4．7 负载钼催化剂的表征结果

4．8 本章小结

论文总结

尚需要进一步研究的工作

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

参加的科研项目

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