亚/超临界乙醇液化秸秆纤维素解聚反应研究与机理初探

利用间歇式高压反应釜,在反应温度200～330 ℃、乙醇用量0～150 mL条件下,考察了亚/超临界乙醇直接液化秸秆纤维素的解聚行为,并初步探讨了其液化机理。结果表明,反应温度、乙醇用量和反应停留时间对秸秆纤维素的液化均有显著影响,反应温度由200 ℃升高至330 ℃,重油和气体收率分别增加了12.55%、28.83%;乙醇用量增加,反应压力随之升高,乙醇进入超临界状态,残渣和气体收率相比单纯热裂解分别降低11.10%和8.44%。通过GC/MS、FT-IR分析生物油组分和残渣特性,表明秸秆纤维素在亚/超临界乙醇中断键裂解,且酮类和乙酯类化合物是生物油的主要成分。     

玉米秸秆纤维素在亚/超临界乙醇中液化生成酮类化合物的机理探讨

利用间歇式高压反应釜,在反应温度320℃、反应时间60 min条件下,研究乙醇用量对玉米秸秆纤维素液化生成酮类化合物的作用。当乙醇添加量为0时,酮类化合物的产率仅为1.25%。随着乙醇用量由0增加到160 mL,生物油产率不断的升高,酮类化合物产率增加至18.38%,乙醇促进了纤维素液化生成酮类化合物。利用GC/MS和FT-IR对生物油进行了定性分析,结果表明,在亚/超临界乙醇中,酮类化合物主要通过三条路径形成,纤维素脱水形成了含-C=O的活性纤维素,活性纤维素按逆Diels-Alder机理进行开环、脱水、异构化形成了4-羟基-4-甲基-2-戊酮等脂肪族酮类化合物;在乙醇自由基作用下,活性纤维素中C-O-C、C-C等键断裂、开环,形成环戊烯酮等脂环族酮类化合物,环戊烯酮与多种中间产物发生缩合、酯化形成2-甲酸基-1-苯基乙酮等芳香族酮类化合物;在高浓度乙醇自由基作用下,芳香族酮类化合物进一步发生裂解形成酸类、酮类等化合物。根据对酮类化合物生成机理的分析,建立了纤维素在亚/超临界乙醇中液化生成酮类化合物的反应网络。     

淀粉乳液形成过程主要影响因素的耗散粒子动力学模拟与实验

以环己烷为油相、淀粉乳液为水相、Span60和Tween60为乳化剂, 用耗散粒子动力学(DPD)方法研究了淀粉乳液形成过程及油水比、乳化剂用量等因素对淀粉乳液形成的影响. 结果表明, 模拟6000步时, 体系达到平衡状态; 乳滴的粒径随乳化剂含量的增加先减小而后增加, 随淀粉含量的增加而增加, 随环己烷含量的减小而增加; 形成稳定淀粉乳液体系的参数范围: 7＜油水比≤20, 9%＜乳化剂用量≤18%. 实验结果表明, 乳化剂含量为11%～15%时, 微球的粒径随乳化剂含量的增大而减小; 乳化剂含量大于15%时, 微球的粒径反而增大. 实验与模拟的结果吻合.     

淀粉微球形成过程的介观模拟及实验

以环己烷为油相、淀粉乳液为水相、Span60和Tween60为乳化剂,对淀粉微球的形成过程进行了耗散粒子动力学(DPD)模拟及实验研究.模拟结果表明,淀粉微球的形成过程存在四个阶段,即淀粉与乳化剂分子无规则分散阶段、小聚集体形成阶段、球状聚集体形成阶段和稳定平衡阶段,并且发现油水比是影响聚集体是否能形成球状的关键因素.油水比小于7的条件下,油水两相分离较难,水相呈现片状、十字型状、柱状及椭球状等形状;当油水比增加到8,水相能形成微球且微球粒径随油水比增加而减小.同时实验结果表明,油水比为8时,微球粘连,几乎看不清球状形貌,油水比为10～20时,微球的粒径随油水比的增大而减小.实验结果很好地吻合了模拟结果.     

磷钼杂多酸对纤维素水解产物分布及水解过程的影响

本文用自制玉米秸秆纤维素作为原料，以Wells Dawson型磷钼杂多酸H₆P₂Mo₁₈O₆₂(Phosphomolybdic acid, PMA)作为催化剂，在水热条件下降解纤维素，考察反应温度、反应时间、料液比和催化剂用量对纤维素转化率及液化产物分布的影响，并探究PMA在水解过程中发挥的机理作用，得到最佳反应条件：反应温度220℃,反应时间60 min,料液比1∶50,催化剂用量1 g,此条件下羟基乙酸、乳酸、甲酸和乙酰丙酸产率分别达到13.69%、4.15%、4.83%和4.34%。结果表明，PMA在纤维素水解实验中表现出很大的潜力，可作为非均相固体酸催化剂用于羟基乙酸生产。