随着经济发展和人们生活水平的提高,传统石化能源所引发的环境问题已成为21世纪人们关注的焦点。生物质厌氧发酵制沼气作为一种绿色、高效、可持续的能源技术,近年来得到了大规模的推广。沼气工程在提供能源的同时,也产生了大量的沼渣残余物,如果得不到科学合理的处置,其高含量的有机物、氮、磷、重金属和病原微生物将进入自然环境中,不仅会造成能源浪费,甚至将造成二次污染甚至环境破坏。因此,近年来国内外科研工作者一直致力于开发沼渣资源化利用技术,生产更为环保和更具效益的产品。前期研究表明,沼渣的主要成分是菌体、金属无机盐和细菌无法分解利用的木质素。其中,木质素含量较高占总体的30%以上。木质素的化学结构十分复杂,是苯基丙烷单元以非线性的、随机的方式通过醚键(烷基芳基醚、二芳基醚、二烷基醚等)和碳碳键(5–5、β–5等)连接组成的复合体,属于芳香族高聚物。由于含有较多的酚羟基和芳环结构,木质素可以通过合适的途径转化为高附加值的酚类化合物,这为沼渣资源的有效开发利用提供了可能性。热裂解是一种在无氧条件下直接将生物质资源转化为生物油产品的技术,其液相主要成分包含醛、酮、酚等化合物及衍生物。因此,可利用热裂解技术大批量处理沼渣废弃物,并将其转化为高附加值的酚类化合物,实现资源的二次利用。但传统的慢速热裂解技术需要在加压的条件下才能获得较高含量的酚类化合物,并且存在反应条件苛刻、处理量小、易结焦油等问题。熔盐热裂解技术因其加热介质(熔融态无机盐)具有导热系数大、热容量大、溶解能力高、粘度低、热稳定等优点,可以大大提高物料的热解速率;相关文献也报道了碱金属离子在生物质热裂解过程具有一定的催化作用,能提高生物质的气化产率并抑制焦油的生成,有效克服传统裂解制备酚类化合物的不足。利用熔盐热裂解技术处理沼渣并制备酚类化合物,为开发沼渣资源化利用提供理论依据与技术基础,具有十分重要的研究价值和应用前景。本文以厌氧发酵后的沼渣作为原料,系统考察了在熔盐热裂解中沼渣粒径大小、裂解温度以及沼渣/熔盐物料比等因素,对裂解产物分布以及酚类化合物含量产生的影响。结果表明,温度条件是影响酚类化合物生成的重要因素,常压下酚类化合物的含量随温度的升高先增大后减小,在450 ~oC达到最大值;沼渣与熔盐的物料比也是影响酚类化合物的关键因素,常压下酚类化合物的含量在物料比为10%时达到最大值;而粒径的大小对酚类化合物的生产影响相对较小。综合考察后得出结论如下:沼渣粒径0.6-0.85 mm、反应温度450 ~oC,沼渣与熔盐的物料10%为考察范围内的最适宜反应条件。在此条件下,有机相中酚类化合物的最大含量为67.08%。对系统进行物料衡算,常压下熔盐热裂解100g沼渣可产生5.6 g酚类化合物和0.96 g愈创木酚,这与高压慢速裂解沼渣的效果近乎一致。同时,对熔盐的可再生性和稳定性进行了探究,经过四次再生处理后,熔盐介质的裂解效率仍能保持较高水平,酚类化合物的含量仍可达64.39%。利用热重红外联用(TG-FTIR)技术,检测一般沼渣样品和负载碱金属碳酸盐的沼渣样品,并对比热解过程中官能团的变化,深入研究碱金属离子对沼渣中木质素分解的催化作用机理及酚类化合物的生成路径。同时,分别对上述两种样品的生物炭进行BET检测,结果表明在高温下熔盐的碱金属离子能有效地渗透沼渣颗粒,形成大量的孔隙并增大了生物炭的比表面积,证明了熔盐能促进沼渣颗粒内部传热。同时,熔盐中碱金属阳离子能与甲氧基官能团中的氧原子耦合形成活性中间体。氧原子中电子的偏移将造成芳香环内电子云的重新分布并降低了氧原子与周围碳原子的化学键能,有利于芳环上甲氧基内碳氧键和芳香基团间醚键的断裂。因此,熔盐在裂解过程中发挥着传热和催化双重作用。