农业废弃物水热转化过程研究

摘要

我国是农业大国，每年都会产生大量的农业废弃物。水热技术作为一种新兴的技术用于农业废弃物的处置已经在产油、产H<,2>气、产酸、制造生物肥料等领域有所研究，但是对其处理转化农业废弃物反应过程的研究很少。本论文作为上海市科学技术委员会科技攻关重点项目《有机废弃物水热资源化》的一部分，主要研究考察以玉米秆和木屑为典型反应物的农业废弃物的水热转化过程。 本研究利用管式反应器对玉米秆和木屑的水热转化过程进行研究，采用红外光谱、HPLC、TOC、GC/MS、元素分析等仪器对反应产物进行分析。考察了反应物质量、反应时间、反应温度、反应物粒径、氧化剂用量、反应管中水的体积等反应影响因素对产物C分布、残渣结构、还原性糖产量、乙酸产量的影响。 研究表明反应温度、反应时间、氧化剂投加量对产物C分布、还原性糖和乙酸的产量影响显著，而反应物质量、加入水的体积、反应物粒径对产物C分布影响较小。反应温度升高能促进水热反应的反应速率，促进液相中C的积累，增加反应时间能促使固相中的C向液相和气相改变，氧化剂投加量增加会使残渣中的C向气相转化，而液相中的C基本维持不变。反应温度、反应时间、氧化剂投加量对还原性糖和乙酸的产量影响显著。增加氧化剂的投加量、升高反应温度、增加反应时间都能显著提高还原性糖和乙酸的产量，但是氧化剂投加量超过80﹪或反应温度超过350℃后，还原性糖和乙酸的降解速率超过生成速率，其产量反而会降低。从残渣红外光谱和扫描电镜观察也可发现水热反应明显改变了残渣结构。在250℃～374℃范围内，随着温度上升，残渣结构变化明显，固相中的-COOH、-OH、异化区β-键基团向液相转化，而固相中的苯环振动吸收增加，表现为木质素大量分解。 观察玉米秆和木屑的HPLC图谱可以发现农业废弃物能在水热反应条件下迅速(2min)降解，降解主要液相产物有酸(甲酸、乙酸、乳酸、草酸、丙烯酸、丙二酸、马来酸、富马酸、丁二酸)、丙酮醛、5-羟甲基糠醛等。 水热技术是一种具有活力的新技术，深化水热技术农业废弃物过程的研究有助于更有效的利用该技术实现农业废弃物的定向转化。

目录

文摘

英文文摘

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第1章引言

1.1农业废弃物资源与环境问题及其研究现状

1.2水热技术

1.3水热技术在农业废弃物转化中的应用

1.3.1水热技术生产生物肥料

1.3.2农业废弃物气化制氢

1.3.3农业废弃物水热液化产酸

1.3.4农业废弃物生产生物柴油

1.4课题来源及研究内容

1.4.1课题来源

1.4.2研究内容

1.4.3研究的技术路线

1.4.4研究创新点

第2章实验材料和方法

2.1实验材料与设备

2.2实验仪器和试剂

2.3分析方法

2.3.1实验原料常规分析

2.3.2实验原料木质素、纤维素、半纤维素测定

2.3.3元素分析

2.3.4产物分析

第3章农业废弃物水热反应的产物分布

3.1反应物的质量对产物分布的影响

3.2氧化剂用量对产物分布的影响

3.3粒径对产物分布的影响

3.4加入水的体积对产物分布的影响

3.5反应时间对产物分布的影响

3.6反应温度对产物分布的影响

3.7本节小结

第4章液相反应产物分布

4.1还原糖分析

4.1.1氧化剂加入量对还原性糖产量的影响

4.1.2反应温度对还原性糖产量的影响

4.1.3反应时间对还原性糖产量的影响

4.1.4加入水的体积对还原性糖产量的影响

4.2乙酸分析

4.2.1反应温度对乙酸浓度的影响

4.2.2氧化剂投加量对乙酸浓度的影响

4.2.3加入水的体积对乙酸浓度的影响

4.3 HPLC分析

第5章残渣分析

5.1扫描电镜分析

5.1.1玉米秆残渣的微观结构

5.1.2木屑残渣的微观结构

5.2红外分析

5.2.1玉米秆红外分析

5.2.2木屑红外分析

5.3本节小结

第6章结论与建议

6.1结论

6.2建议

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与科研成果