生物油的分離與精制研究.pdf

1、能源與環(huán)境是關系國計民生的兩個重大問題。作為唯一可直接轉化為液體燃料的資源，生物質具有可再生和潔凈等優(yōu)點，引起了廣大研究工作者的興趣。通過高溫快速熱裂解生物質所得的生物油，不僅有望替代傳統的化石燃料，還可以提供大量的化學品原材料，因而具有重要的研究價值和戰(zhàn)略意義。但是現階段的生物油品質還不夠理想，極大地限制了其應用范圍和產業(yè)化進程。因此，對生物油進行一定的精制加工處理是十分必要的。
　　 本研究以將生物質轉化成高品位液體燃料為目

2、的，在認識生物油的物理特性和化學組成等特點的基礎上，圍繞生物油的分離與精制的主題，致力研發(fā)一系列綠色環(huán)保的催化劑和工藝，對生物油開展了一系列基礎性而又有針對性的分離與精制的研究。針對生物油含有裂解木質素和低聚糖等大分子物質，利用超臨界流體萃取技術將其高效地除去；針對生物油中的強腐蝕性，采用催化酯化可以將生物油中的有機酸轉變成酯類，從而改善油品質量；針對生物油中含有許多不飽和性物質，采用催化氫化的方式使其飽和，提高生物油的穩(wěn)定性和燃燒性能

3、。通過上述研究，實現了對生物油從單一提質發(fā)展到全方位提質加工的轉變。
　　 論文第一章首先闡述了生物質轉化與利用技術的現狀；介紹了現階段生物油的性質與成分組成；綜合分析了當前生物油分離與精制的發(fā)展狀況與趨勢，并就其中存在的優(yōu)點和缺點進行了簡要的討論；最后提出了本課題的研究內容和研究目標，并簡單介紹了實驗方法以及論文安排等。
　　 第二章主要介紹通過引進超臨界二氧化碳萃取技術，實現了生物油輕質組分與低聚物、多羥基化合物的分

4、離實驗。在T=41℃，P=16 MPa的條件下，經萃取5h，可得60.4wt％的產物。該萃取油品的物化特性得到了很好的改善：黏度從13.03 mm2/s下降到2.67 mm2/s；密度由1.20g/mL降低到0.98妙mL，萃取油的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于萃取前的生物油。因此，超臨界二氧化碳萃取這種綠色環(huán)保的技術實現了預期的生物油提質效果，同時不給環(huán)境帶來負擔。
　　 第三章主要討論了納米固體超強酸SO42-/ZrO2和離子交換樹脂等固體

5、催化劑在生物油催化酯化提質研究的中的應用?？疾炝舜呋瘎┰跍睾蜅l件下催化酯化的活性和循環(huán)使用的情況。此外，對催化酯化方法處理生物油的品質改良程度以及工藝進行了簡要的評估。在60～110℃條件下反應2～3h，酯化反應就可以完成，沒有發(fā)生聚合、結焦的現象；酯化后的萃取油中的乙酸的含量明顯降低，生物油的穩(wěn)定性、熱值等方面均有提升。強酸性離子交換樹脂在效率方面要稍微優(yōu)于納米型固體酸，不僅分離更為簡單，且無需處理直接循環(huán)利用。
　　 第四章

6、介紹均相催化酯化提質生物油的研究。在模型反應的基礎上，篩選出了催化活性強的雙陽離子型離子液體催化劑；考察了催化劑的生物油提質的效果。結果顯示酯化反應可以在常溫常壓條件下，且在較短時間3～6h內完成。酯化后的生物油自動發(fā)生分層，其中上層為提質酯層，產率接近48wt％；該層的提質油的物化特性較之酯化前的生物油得到極大的提升：水分由29.8wt％降低到8.2wt％；熱值由17.3 MJ/kg升高到24.6 MJ/kg；黏度由13.03 mm2

7、/s下降到4.90 mm2/s；更為重要的是油樣的pH值由2.9上升到5.1，很大程度上解決了生物油腐蝕性問題。另外，這種均相催化酯化反應不僅實現了高效地催化轉化生物油中的有機酸，而且避免了固體超強酸所帶來的酸性流失問題，循環(huán)使用性強，為生物油的酯化提供了一條切實可行的路線。
　　 第五章介紹了甲酸原位還原生物油的方法。首先比較了原位還原與直接氫化還原的效果，然后分析了各種催化劑在生物油原位還原反應中的催化效率；最后通過GC-M

8、S檢測結果，詳細分析了原位還原中發(fā)生的化學反應，以及這些反應對生物油品質的影響。原位還原有效地避免了在直接還原方式中的結焦，傳質傳熱等問題，還原效率更高，工藝設備得到了簡化。加工后的生物油品質得到了極大的改善：熱值從17MJ/kg左右升高到22MJ/kg，含氧量降低5～10wt％，pH值也從3.0升高到4.2左右，黏度由5.31mm2/s降低到4.0mm2/s左右，實現了全方位的提質生物油。成分分析表明生物油中的有機酸被有效地轉化成酯類