多级孔分子筛和分散型镍催化剂上木质纤维素热解的实验研究

摘要

木质纤维素生物质是自然界中广泛存在的可再生资源。木质素纤维素热解转化为生物油，是生物质资源化的有效方式。但是热解液体产物生物油具有含氧量高，热值低和酸性强等缺点，不能直接利用。木质纤维素催化快速热解是提高生物油品质的有效途径。本文分别研究了生物质中两大主要组分，即纤维素和木质素的催化快速热解。 采用浸渍法将硝酸镍负载在纤维素上，制备了活性组分和原料紧密接触的分散型催化剂。利用热重分析技术考察了纤维素的热失重情况。结果表明负载量为1wt.%的镍催化剂可以使纤维素的热分解温度降低了40℃。由于结焦的形成，镍负载型分散催化剂上纤维素热解的液体产物收率降低。而且随着镍负载量增加，并没有进一步降低积碳量。 木质素的结构组成比纤维素和半纤维素更为复杂，具有很强的热稳定性，因而更难热解。首先考察了Hβ、HZSM-5和USY分子筛催化剂的木质素的快速催化热解性能。结果表明：不同分子筛上液体产物生物油收率从高到低的顺序为HZSM-5>Hβ>USY，产物中含氧化合物选择性由高到地的顺序为HZSM-5>USY>Hβ，因此Hβ分子筛上可以得到较高的液体产物收率，同时脱氧效果较好。 生物质热解过程中，微孔分子筛中细小的孔道使得较大分子在扩散时存在传质阻力。为了改善传质性能，采用碱性条件下的“后处理”脱硅方法，制备了Hβ和HZSM-5多级孔分子筛。不同的碱性条件下（Na2CO3、TMAOH/NaOH和NaOH）进行处理，均可以增加分子筛的介孔数量，同时保持其微孔结构基本不被破坏。HZSM-5多级孔分子筛上木质素热解的液体产物的收率略有增加，同时产物中含氧化合物的选择性由27%下降到5%，脱氧效果显著提高。Hβ多级孔分子筛上木质素热解的液体产物的收率增加，同时仍然能保持较好的脱氧效果。考察了NaOH浓度对于硅铝比为22和40的Hβ脱硅改性的影响，浓度为0.1~0.5mol/L的NaOH处理硅铝比为22的Hβ分子筛，介孔数量增加，微孔结构基本不变，而NaOH的浓度为0.1mol/L处理硅铝比为40的Hβ分子筛，介孔数量增加，但是结晶度仅为30%，随着NaOH浓度增加，结晶度也逐渐降低，当NaOH的浓度过大时，会造成脱硅过度如NaOH处理得到的β22-D1.0、β40-D0.5和β40-D1.0，使分子筛的骨架坍塌，结构完全被破坏，对含氧化合物的选择性分别是78%，12%和81%，脱氧效果变差。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1生物质

1.2木质纤维素生物质主要成分的化学结构

1.3木质纤维素的利用技术

1.5本论文研究目的和内容

第二章 实验部分

2.1试剂与仪器

2.2分子筛催化剂的预处理

2.3催化剂的表征和步骤

2.4热解实验方法及检测条件

第三章 木质纤维素的热解与催化热解

3.1 引言

3.2分散型镍催化剂对纤维素热解的影响

3.3木质素的快速热解

3.4木质素快速催化热解

3.5本章小结

第四章 改性Hβ和HZSM-5分子筛用于木质素热解研究

4.1引言

4.2分子筛催化剂的后处理

4.3改性前后 Hβ和HZSM-5分子筛的表征

4.4改性Hβ和HZSM-5分子筛对木质素热解影响

4.5本章小结

第五章 改性不同Si/Al的Hβ分子筛用于木质素热解研究

5.1引言

5.2分子筛催化剂后处理

5.3改性前后Hβ分子筛的表征

5.4改性硅铝比为22和40的Hβ对木质素热解影响

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

符号说明

参考文献

发表论文和科研情况

致谢