低温选择性热解草本类生物质制备4-乙烯基苯酚

摘要

随着化石能源的短缺以及温室效应等环境问题的加剧迫使我们寻找开发新的基于可再生资源的能量体系。生物质是一种普遍认可的可再生资源，不仅可以转化为能源，还可以用于生产化学品。生物质快速热解液化技术可以将生物质高效地转化为生物油，但通常获得的生物油，具有热值低、腐蚀性强等缺点而不适合直接用做燃料。并且生物油的成分复杂，很难从中分离提纯化工原料。因而需要建立新的工艺体系来制备较高品质的生物油，或者得到富集了某些化学品的生物油。
　　 木质素纤维类生物质是由纤维素、半纤维素以及木质素组成，不同的生物质原料这三者的比例是不同的，因而生物质的种类对生物油的组成以及品质有很重要的影响。纤维素、半纤维素快速热解的产物主要有乙酸、5-羟甲基糠醛、糠醛、左旋葡聚糖、左旋葡萄糖酮等，木质素的热解产物主要是芳香化合物，热解产生的焦炭也主要是木质素热解产物贡献的。温度是影响快速热解的重要影响因素，低温热解得到的生物油中化合物的种类较少，容易获得富集了某些高附加值化学品的生物油，但生物油的产率较低;中高温热解能获得较高产率的生物油，但生物油中的化学组分非常复杂，不能作为高品质燃料直接应用。我们提出了一条两步热解生物质的方法:首先在低温条件下热解生物质原料获得富集某些化学品的生物油，然后中温热解第一步剩余的热解残渣，获得较高品质的生物油。此路径不仅可以获得较高品质的生物油，而且可以同时可以得到高附加值的化学品，使生物质得到最大化的利用。
　　 我们以七种木质纤维素类生物质（甘蔗渣、玉米杆、稻壳、稻草、竹子、棉花杆和杨木）为原料，研究他们在无催化剂存在、温度较低的条件下的快速热解行为，分析产物的分布。通过比较发现一些草本植物如甘蔗渣等适合生产4-乙烯基苯酚，而木本植物则不合适。以甘蔗渣为例，在300℃即可高产率高选择性获得富含4-乙烯基苯酚的生物油。同时，我们实现了4-乙烯基苯酚的分离提纯。为了研究4-乙烯基苯酚的热解生成机理，我们研究了用不同处理方法得到的木质素为原料进行热解实验，并且合成了含有β-5结构的木质素模型物并进行机理的推测，最终我们发现4-乙烯基苯酚不仅能来源自木质素的β-O-4结构，还可以来自于木质素的β-5结构。我们还对甘蔗渣低温热解后剩余的固体残渣进行进一步的解热，得到了较高品质的生物油。二步热解得到的生物油与直接热解得到的生物油相比，其中的水含量以及酸含量有了显著的降低，有效解决了生物油普遍存在的酸性强、腐蚀性强、含水量大等问题。并且整个过程没有加入催化剂，是一条经济高效的获取能源以及化学品的新路径。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 生物质能

1．3 木质纤维素类生物质

1．4 生物质热解

1．4．1 热解过程

1．4．2 影响因素

1．5 热解反应器

1．6 生物油的性质

1．7 选择性热解

1．8 热裂解机理

1．8．1 纤维素热解

1．8．2 木质素热解

1．8．3 半纤维素热解

1．9 研究目标

1．9．1 研究方案

1．9．2 研究内容

1．10 研究路线

第二章 低温选择性热解草本类生物质制备4-乙烯基苯酚

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 在线热解-气相色谱／质谱实验以及热解实验

2．2．3 液体分析

2．2．4 提取木质素

2．2．5 合成带有β-5结构木质素二聚体

2．3 结果与讨论

2．3．1 生物质类别

2．3．2 热解温度的影响

2．3．3 4-乙烯基苯酚的分离以及分析

2．3．3 4-乙烯基苯酚的热解机理探讨

2．4 两步热解

2．5 小结

参考文献

致谢

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