秸秆纤维素在亚/超临界乙醇中液化行为与机理分析

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dzf2006
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着化石能源的日益减少,人类将面临严重的能源危机,寻求与开发新的可再生资源成为人类生存和可持续发展的紧迫任务。生物质因具有可再生性、清洁性以及来源丰富等特点而成为重要的理想资源,因此,开发利用玉米秸秆等生物质具有重要意义和潜力。  本文以玉米秸秆为原料,分离制备玉米秆纤维素,确定其最佳制备工艺条件,再利用高压反应釜对玉米秆纤维素分别在1)单纯热裂解2)70%(v/v)乙醇-水溶液3)亚/超临界乙醇条件下进行裂解液化,将液化产物分离为气体(GAS)、挥发物(VO)、水溶有机物(WSO)、重油(HO)和固体残渣(SR),并利用GC-MS分析液体生物油的组成,FT-IR和XRD考察固体物结构的变化规律,以此来探究玉米秆纤维素在亚/超临界乙醇中的液化机理和反应路径。同时考察各反应因素(反应温度、反应停留时间和料液比),以及不同秸秆纤维素(玉米秆纤维素、稻秆纤维素和微晶纤维素)的结晶指数对其液化行为和液化产物组成的影响。其主要研究内容和结果如下:  (1)以玉米秸秆为原料,利用微波辅助亚氯酸钠法去除木质素,再以NaOH溶液浸提制备秸秆纤维素,考察了各工艺条件(NaOH浓度、抽提时间、反应温度和料液比)对秸秆纤维素含量和提取率的影响,利用正交试验确定较优工艺条件为:NaOH浓度16%,抽提时间8 h,反应温度65℃,料液比1:20。  (2)分别考察了玉米秆纤维素单纯热裂解、70%(v/v)乙醇-水溶液和亚/超临界乙醇中的液化行为,并利用GC-MS和FT-IR分析其液化产物,发现:相同温度条件下,三种液化环境中单纯热裂解残渣率最高(29.7%),重油收率最低(5.0%),而70%(v/v)乙醇-水溶液液化的水溶有机物收率最高(9.0%),表明玉米秆纤维素在水解作用下液化生成水溶有机物;亚/超临界乙醇液化残渣率最低(17.7%),重油收率最高(13.8%),表明亚/超临界状态下乙醇不仅起到溶解分散作用,而且有利于液体产物的生成。  (3)利用GC-MS分析玉米秆纤维素单纯热裂解和亚/超临界乙醇中的液化产物组成,发现:单纯热裂解所得水溶有机物最主要的成分是有机酸(乙酸、甲酸、2-甲基丙酸和丁酸等)以及酮类,重油主要为酮类、糠醛类、呋喃类及其衍生物和少量酚类及其衍生物;而亚/超临界乙醇中液化所得水溶有机物主要是相应有机酸的乙酯化合物,其中2-甲基丙酸乙酯的相对含量达26.92%,重油也主要是由酮类(环己酮等)、少量苯酚类化合物以及相对含量达到31.22%的乙酯类化合物组成。在此基础上,探讨了秸秆纤维素在亚/超临界乙醇中的液化机理,并以生物油组分中乙酸、丙酸及其乙酯类化合物为具体分析对象,建立其液化反应形成路径。  (4)考察了各反应因素(反应温度、反应停留时间和料液比)对玉米秆纤维素液化行为的影响,发现:反应温度对秸秆纤维素液化的影响最为显著,随着反应温度由200℃升高至330℃,亚/超临界乙醇及其70%(v/v)混合溶剂中残渣收率显著降低,分别下降了70.4%和73.9%,重油收率也随之逐渐增加,分别增加了12.6%和10.3%:其次,相比于反应温度的影响,反应停留时间的影响不大,过长的反应停留时间对玉米秆纤维素的液化无太大意义,通常为0~60 min较宜;料液比变化也会影响玉米秆纤维素的液化,但是不如反应温度和反应停留时间明显。  (5)比较分析了不同秸秆纤维素的结晶指数对其在亚/超临界乙醇中液化行为和液化产物组成的影响,利用GC-MS检测生物油组成,XRD分析其结晶指数变化规律,发现:结晶指数越高,纤维素结构越稳定,越难以解聚液化,而结晶指数越低,非结晶区不稳定,容易在高温作用和超临界乙醇的分散、溶解作用下发生化学键断裂,利于纤维素液化生成重油等产物。  (6)确定了玉米秆纤维素在亚/超临界乙醇中的液化动力学参数:玉米秆纤维素在液化反应初期符合拟一级反应,反应动力学模型为-dCm/dt=k·Cm,反应活化能公式为k=5.09×102·e47.73/RT,活化能为47.73 kJ/mol。
其他文献
从国有企业一把手沦为阶下囚,从受贿到索贿,甚至收受贿品竟然让他成为收藏爱好者,崔臣一步步走向犯罪的经历着实让人唏嘘不已.rn崔臣曾任包头钢铁(集团)有限责任公司副董事长
期刊
随着汽轮发电机组功率不断增大,其动力学行为也变得更加复杂,使得发生油膜失稳故障的可能性和危害性随之加大,同时随着网络技术的迅猛发展,使得开发基于Internet的汽轮发电机组振动故障远程诊断具有重要意义。本文在基于工程实用性原则基础上,主要围绕开发基于B/S模式的振动故障远程诊断系统平台,并将其应用于油膜失稳故障诊断。首先从不同角度总结油膜失稳故障发生的机理和相关征兆,其次采用基于强度与精度参数的
荔枝(Litchi chinensis Sonn.)是著名的亚热带水果,享有“水果之皇”、“岭南果王”和“果中珍品”的美誉,其形、色、香、味俱佳,味鲜美,清甜,香味浓郁,营养丰富,有滋补作用。但荔枝
蛹虫草与难以人工栽培的冬虫夏草具有相似的药理价值,以其独特的功能特性和简便的栽培模式受到越来越多的关注。目前对于蛹虫草的研究仅限于调查分类、生物活性初步筛选以及化
目前国内外在土壤源热泵的应用中,都遇到了一个很大的问题,就是土壤源热泵系统的初次安装费用过高,这也是制约这种系统迅速发展的主要因素。钻凿换热孔和铺设U型地埋管的费用在
为了降低汽油机的有害排放物和燃油消耗以满足日益严格的排放法规要求,目前电喷汽油机广泛采用电子控制燃油喷射和排气催化反应技术,当实际空燃比在理论空燃比附近时,三元催
对煤气发生量和煤气消耗量的预测方法进行研究,可以改变凭经验平衡煤气的发生量和消耗量的现状,制定合理的煤气使用计划,减少煤气放散损失,提高钢铁企业节能降耗水平。通过对钢铁
电控系统的控制参数日益增多,控制参数与发动机响应之间的关系复杂,而各控制参数之间又存在复杂的耦合关系,这就使要标定出使发动机具有良好动力性、经济性、排放性的控制参数的
本文通过对荣华二采区10
期刊
煤气化是解决我国类型繁多、数量巨大的中小型工业炉窑直燃煤工艺中热效率低、环境污染严重的重要有效途径。目前,在我国应用最广泛的固定床气化炉出炉煤气中焦油含量高,在很