微藻作为可进行光合作用的生物体,广泛应用于食品保健、生物医药、环境治理和可再生能源等领域。利用微藻进行烟气净化和污水处理,不仅有利于改善生态环境,而且可获得微藻生物质资源。将此类环境型微藻进行水热液化转化,生产高附加值产品,实现其资源化利用。本论文选取高氮元素含量的螺旋藻和高灰分含量的栅藻作为环境型微藻的代表,重点探究了环境型微藻水热液化过程中氮元素的形态演化过程,灰分对环境型微藻水热液化的作用,不同来源环境型微藻混合水热液化特性及其水热生物油燃烧特性和气体释放规律。该研究为环境型微藻的高效水热转化和资源化高值利用提供理论依据。主要研究内容如下:首先,研究了两种微藻在不同温度条件下的水热液化特性。螺旋藻在260℃时的液化率达到最高99.20%,继续升高温度促进液相有机化合物的分子间重整和二次裂解。而栅藻在200-340℃温度区间的液化率为53.14-59.38%。螺旋藻水热生物油含有大量酰胺/胺类、脂肪酸和N＆O杂环化合物,而栅藻水热生物油的主要组分是酮/醛类和N＆O杂环化合物。当水热温度为340℃时,螺旋藻和栅藻原料中氮元素的铵根离子转化率均达到最高值。其次,以螺旋藻为对象,研究了水热液化过程中氮元素的形态演化过程。氨基酸在200-260℃时优先发生环化二聚反应形成环二肽,如亮氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、甘氨酸和丝氨酸脱水缩合形成的哌嗪二酮,以及由精氨酸分解的2-氨基戊酸与亮氨酸和苯丙氨酸脱水缩合形成的吡咯并吡嗪二酮;而在260-340℃时,氨基酸的脱氨基作用增强,形成的氨与长链脂肪酸发生脱水反应生成大量长链脂肪酰胺,同时一些氨或溶于水相中形成铵根离子,或形成氮丙啶溶于水相产物中。再次,对比分析了栅藻原料和脱灰栅藻水热液化特性,揭示灰分对栅藻水热液化产物的作用机制。脱灰栅藻的总油产率和气体产率相较于栅藻原料增加,水相产物和固体产物产率相对减少。栅藻原料水热液化轻油中酮类化合物的相对含量较高,而脱灰栅藻轻油中氮杂环化合物的相对含量较高,这是因为灰分促进了氨基酸的脱氨基作用,有利于氮元素以铵根离子形式向水相产物转化。最后,探究了两种不同来源环境型微藻混合水热液化。混合水热液化促进了微藻原料向生物油和气体的转化。当螺旋藻和栅藻混合比例为7:3时,生物油的能量回收率达到94.64%。混合水热生物油的烃类相对含量随着栅藻添加量的增加而增加,主要为长链脂肪烃类。混合水热生物油在高温氧化阶段具有较高的强度,表现出较优的燃烧特性,燃烧释放的氮氧化物的吸收峰较弱,表明污染物排放降低。