不同催化剂条件下等离子体电解液化剩菜剩饭及催化反应的研究

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本文介绍了在传统溶剂催化液化的基础上增加等离子体技术液化剩菜剩饭的一种新型转换工艺,具有液化时间短,效率高,装置简单,能耗低等优点。实验主要研究了等离子体电解液化剩菜剩饭的反应途径和催化机理。实验前,我们首先对等离子体电解特性做了研究,放电模式从最初的丝状辉光放电转换为火花放电,电压电流曲线也出现两个明显趋于稳定的变化,这主要是由于剩菜剩饭中含有大量水分。在等离子体电解液化实验过程中,我们探究了一些影响液化率参数的最优条件,如液化时间,液化剂/剩菜剩饭浆料(去除水分后)的质量比,聚乙二醇200和甘油的体积比以及催化剂含量的摩尔数。采用单因素法找到其最优条件下的参数组合。同时利用元素分析,傅里叶红外光谱仪,气相色谱-质谱联用仪以及气体分析仪对液化后的液化产物做了表征。通过产物成分的组成,反推出剩菜剩饭液化的反应途径。在催化机理的研究中,我们通过传统油浴加热液化和等离子体电解液化做对比,分析等离子体电解液化的催化机理。实验利用光谱仪对等离子体发射光谱做了分析,发现等离子体电解液化会生成大量的自由基,可以作用于剩菜剩饭使其从固体大分子转变为小分子物质,进而达到液化。同时基于产生的自由基具有较强的氧化性,我们对液化前后金属元素含量做了测定,研究发现等离子体电解可以消耗溶液中氧的含量,使溶液中金属离子转变为氧化物进入固体产物中去,不仅可以提高液体产物的热值,而且也可以去除液体产物的金属元素,进而提升液体产物的质量。最后我们也给出了氢离子和氢氧根离子以及溶液中一些阴离子液化剩菜剩饭的催化机理,其中氢离子和氢氧根离子都是作用于多糖聚合物化学键的断裂,而溶液中阴离子则是通过产生的衍生物参与剩菜剩饭的液化,并且它们对剩菜剩饭液化的影响一定程度上依赖于溶液pH的环境。
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