小球藻加压催化液化制取生物燃油基础研究

摘要

当今在我国经济快速发展和对石油进口依存度不断提高的背景下，把生物质工业化转化为液体燃料的技术对我国的可持续发展具有重要的战略意义。本研究采用直接液化的方式将高蛋白含量的小球藻在高压反应釜内转化为粗生物油，实现生物质向液态燃油的转变。实验针对反应温度、停留时间、料液比、添加剂、催化剂种类和用量等参数对液化产物性质的影响进行研究。通过元素分析、傅里叶红外(FT-IR)、气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)、热重(TG-DTA)分析等方法，对产品生物油的特性进行较全面的研究，进而探讨液化工艺，提高生物油产率，通过添加催化剂使生物油产品性质得到改善。
　　通过对反应条件的考察，发现在反应温度260℃，料液比0.2g/mL，停留时间为30min的条件下，生物油产率达67.28％，残渣率7.07％。生物油的元素分析数据表明，与原料小球藻相比，碳含量显著增加，氧含量明显降低，计算可知热值由20.64 MJ/kg提高到30.23MJ/kg。FT-IR和GC-MS分析结果表明生物油主要是由酯类和酮类化合物组成。NaOH、K2CO3、 KOH等催化剂的加入对生物油产率提高无明显贡献，而加入FeS对生物油产率提高比较显著，5％FeS添加量时生物油产率达到72.47％，残渣率降低到4.30％。乙二醇的添加虽然提高了生物油产率，但生物油的品质下降，结合元素分析结果发现:生物油中碳含量降低，氧含量反而升高，使得热值仅有19.23 MJ/kg。FT-IR和GC-MS分析也表明酯类、酮类物质含量下降，酸类物质增加，而且生物油成分变得更为复杂。
　　选用海洋废弃物贝壳作为催化剂时，当贝壳粉添加量5％、停留时间15min、反应温度260℃、料液比0.2g/mL时反应条件下，生物油产率达76.58％，残渣率6％左右。贝壳粉的添加既缩短了反应时间，又获得了高产油率，进而节约了生产成本。通过计算元素分析结果，得知生物油的热值为30.16MJ/kg，GC-MS结合FT-IR分析表明，生物油物质种类相对减少，酯类物质含量增加，另外还有酮类、醇类等物质。
　　采用浸渍法对沸石进行改性作为为固体酸催化剂时，改性沸石催化剂促进小球藻液化，生物油产率最高达74.58％，残渣率6.33％。制得的生物油的热值达到29.36MJ/kg，主要成分为酯类和酮类物质。将生物油进行酯化模拟实验，发现生物油成分几乎无变化，说明直接液化这一工艺将生物油的制备提质一步完成。既提高了生物油的品质，也降低了设备及操作成本。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 生物质简介

1．3 微藻简介

1．4 微藻的开发利用

1．4．1 微藻固定CO2技术的研究现状

1．4．2 微藻在废水及废物处理中的应用

1．4．3 微藻制备生物燃料的研究进展

1．5 本论文研究的目标、意义和内容

1．5．1 对文献报道的总结

1．5．2 研究的目标

1．5．3 研究的意义

1．5．4 研究的主要内容

第2章 小球藻的基本物化数据分析与测定

2．1 引言

2．2 实验试剂、材料及仪器

2．2．1 实验试剂和材料

2．2．2 实验仪器

2．3 实验方法和结果

2．3．1 小球藻的工业分析

2．3．2 小球藻的元素分析

2．3．3 小球藻的化学组成

2．3．4 小球藻的热解特性

2．3．5 小球藻的FT-IR光谱

2．3．6 原料小球藻的形貌分析

2．4 本章小结

第3章 以工业乙醇为溶剂时热液化的基础研究

3．1 引言

3．2 实验方法和实验设计

3．2．1 实验原料与仪器

3．2．2 实验方法

3．2．3 液化实验产物分离方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 反应温度的影响

3．3．2 料液比的影响

3．3．3 停留时间的影响

3．3．4 乙二醇的影响

3．3．5 催化剂的影响

3．4 气相产物组分分析

3．5 液相产物的特性研究

3．5．1 生物油的元素分析

3．5．2 生物油的FT-IR分析

3．5．3 生物油的GC-MS分析

3．5．4 生物油-a的热重分析

3．6 本章小结

第4章 添加贝壳粉时热液化的研究

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 贝壳粉用量对液化产物的影响

4．2．2 停留时问对液化产物的影响

4．2．3 反应温度对液化产物的影响

4．2．4 料液比对液化产物的影响

4．3 液相产物的特性研究

4．3．1 生物油的元素分析

4．3．2 生物油的FT-IR表征及分析

4．3．3 生物油的GC-MS表征及分析

4．3．4 生物油的热重分析

4．4 本章小结

第5章 改性沸石催化剂的制备及热液化结果

5．1 引言

5．2 催化剂的制备

5．3 催化剂的表征

5．3．1 催化剂的表征方法

5．3．2 催化剂的表征结果与讨论

5．4 改性沸石催化剂的热液化结果

5．4．1 实验过程

5．4．2 催化剂酯化活性实验

5．4．3 结果与讨论

5．4．4 生物油的特性研究

5．5 小结

第6章 结论

参考文献

致谢

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