固体酸改质生物油的研究

利用乙酸和乙醇生成乙酸乙酯的酯化反应为模型反应,筛选得到催化活性最好的固体酸催化剂40％SiO2/TiO2SO42－。 在一定的反应条件下,添加固体酸催化剂和溶剂,生物油的品质得到提高,热值提高了50.7％,运动黏度降低到原来的10％,密度降低了22.6％。生物油改质前后的GC MS分析表明,固体酸可以将生物油中含有的有机羧酸转化为酯类,如甲酸酯、乙酸酯等,使生物油中的羧酸组分发生了催化酯化反应,改善了生物油的品质,生物油物理化学性能得到明显的提高。3A分子筛对生物油的脱水作用不显著,对酸性、密度、黏度等方面影响较小。     

生物油TG-FTIR分析与热解气化特性研究

以稻壳快速热解产物生物油为对象,在对其进行热重红外检测的基础上,结合生物油及其轻质、重质组分的热解气化实验,研究了生物油热解气化过程及气体产出特性。结果表明,生物油的热解气化分为两个阶段,一是轻质组分的快速挥发热解;二是重质组分的裂解气化与缩合缩聚,活化能分别为35~38 kJ/mol和15~22 kJ/mol。温度升高,热解气化效率增加,以H₂和CO为主的合成气产量增多,但气体产物热值降低。气体中H₂主要来自轻质组分的热解气化,而重质组分则裂解产生较多的CO、CH₄等物质。     

微波条件下固体酸催化剂催化酯化生物油的研究

以乙醇和乙酸的酯化作为反应模型,考察固体酸催化剂阳离子交换树脂、SO₄²-/ZrO₂和分子筛在微波加热条件下的酯化活性。结果表明,三类固体酸催化剂的活性顺序为Amberlite树脂﹥SO₄²-/ZrO₂﹥HZSM-5,催化剂活性与酸度一致;酯化反应中水的含量对催化剂的活性有不同程度的影响,水含量较高时催化剂SO₄²-/ZrO₂酯化活性明显变差,而阳离子交换树脂仍具有较高的酯化活性。采用阳离子交换树脂对生物油进行微波催化酯化提质后,原生物油中含有的大量不同种类的羧酸被有效地转化成各种酯类,酯类化合物由原油中的4种增加到13种。与传统加热条件下生物油催化提质比较,生物油微波提质具有明显优势,提质后生物油组分得到优化。     

纳米固体碱CaO-ZrO2催化红麻籽油制备生物柴油

采用溶胶-凝胶法制备了CaO摩尔分数为10%~50%的CaO-ZrO2系列纳米催化剂,将其用于催化红麻籽油制备生物柴油,通过CO2-TPD、XRD和TEM等测试技术对催化剂的碱性、结构和表面形貌进行表征。 结果表明,CaO摩尔分数低于30%时,CaO与ZrO2形成连续固溶体,催化剂具有良好的热稳定性能,粒径为10~20 nm。 催化实验表明,当CaO摩尔分数为30%时,CaO-ZrO2催化剂具有最好的催化活性,甲醇与红麻籽油的摩尔比为12∶1、催化剂为油料质量比的2.5%、反应时间3 h时,最高转化率可达到93.2%。     

固体酸催化烯烃改性生物油酚类化合物研究

选取生物油中含量较高的愈创木酚、儿茶酚和苯酚为酚类模型化合物,以蒙脱土K-10负载的Cs2.5H0.5PW12O40为固体超强酸催化剂,苯酚/1-辛烯烷基化反应为探针,考察了催化剂负载量,反应温度及物料摩尔比等因素对酚类烷基化反应的影响.结果表明,在60～100℃范围内,30%Cs2.5H0.5PW12O40/K-10对苯酚烷基化反应具有很好的催化活性和选择性,原料摩尔比为1时苯酚氧烷基化产物的选择性最好.愈创木酚中甲氧基的位阻效应使其转化率在相同条件下比苯酚低很多,相应氧烷基化产物的选择性也很低.儿茶酚与1-辛烯反应主要生成单羟基氧烷基化产物,100℃时选择性仍高达96%.升高温度有利于烷基化改性反应的进行,但产物中氧烷基化产物的选择性随着温度升高而降低.     

生物油中有机化合物的分析与表征

综述了目前国内外生物油成分分析的状况,重点介绍了红外光谱、核磁共振、质谱、气相色谱、高效液相色谱技术以及波谱-色谱联用技术在生物油有机小分子化合物结构表征方面的应用,评价了这些技术在生物油结构表征方面的作用和价值,并分析了生物油的理化特性及化学结构对检测分析产生的影响。此外,对生物油中的低聚糖和热解木质素等低聚物的分析检测研究也进行了介绍。最后,总结了波谱和色谱技术在生物油检测分析方面存在的主要问题,并对生物油中有机物检测与分析的发展趋势进行了展望。     

酸性离子交换树脂催化酯化改质生物油的研究

以磺酸型离子交换树脂为催化剂, 在模型反应的基础上, 探讨了该催化剂在稻壳裂解油及其轻质馏分的催化酯化改质过程中的活性和效果, 并通过气-质联用仪对酯化前后的生物油进行了成分分析. 结果表明, 酯化过程中采用的催化剂可以方便地分离和循环使用; 生物油中的有机酸顺利地转化为相应的酯类(主要为乙酸乙酯). 通过催化酯化改质后, 两种生物油的理化特性均得到了有效改善, 热值分别由16.80和12.76 MJ/kg提高到20.08和18.33 MJ/kg, 相应提高了19.5%和43.6%; 黏度分别由11.83和1.42 mm²/s, 下降到3.77和1.12 mm²/s; 水分分别为23.7%和28.4%, 流动性明显增强, 理化特性得到了明显提高. 为生物油的精制加工提供了一种有效方法.     

生物油水溶性组分的水蒸气催化重整制氢实验研究

利用固定床反应器对生物油水溶性组分重整制氢反应进行了考察,研究了温度、吸收剂的加入对反应过程的影响。结果表明,在常压条件下生物油水溶性组分的最佳重整温度为800℃,此时H2体积分数为60%、CO体积分数为10%。加入CO₂吸收剂后,H₂体积分数提高了25%,H₂产率提高了10%。在常压条件下,以CaO作为吸收剂时,最佳的反应温度为600℃,此时H₂体积分数最高可达85%。650℃时CaO对CO₂的吸收能力减弱导致其对生成H₂反应的促进作用急剧降低。     

松木预处理温度对生物油特性的影响

通过螺旋反应器低温预处理除去松木中的半纤维素和水分,然后用预处理得到的固体残渣来快速热解制生物油。固体残渣的化学组成分析和红外光谱分析表明,由于木质素含量的增加和炭化反应的发生,生物油的产率降低、焦和不可冷凝气的产率增加。随着预处理温度的升高,生物油水分含量减少,高位热值增加,运动黏度增加,密度增加,pH值先升高后降低,固体颗粒物含量增加。核磁共振碳谱分析表明,生物油的脂肪碳含量减少,芳香碳含量增加,芳香度增加。     

生物油重质组分模型物热解行为及其动力学研究

采用TG-FT-IR在非等温条件下对生物油重质组分酚、醛和糖类模型代表物(丁香酚、香草醛、左旋葡聚糖)进行热解特性及其热解动力学分析。TG-DTG曲线和FT-IR测试数据显示,重质组分模型物热解的先后次序是酚类、醛类、糖类物质。香草醛、丁香酚均为一个主热解阶段,主要产物为水、烷烯烃、CO₂、CO和小分子酚、芳香醛。左旋葡聚糖热解分两阶段进行,热解发生在较高温区(180~370℃),主要热解产物有CO₂、烷烯烃、醛、酮和环醚,少量的CO和水。混合物热解分为三个阶段,产物与单一模型物热解产物相似,但有少量缩醛低聚物。对比单一组分,混合物中羰基和羟基组分在较高温区(≥300℃)存在相互作用,生成难分解的缩聚物。其中,糖类是影响重质组分热解速率的主要物质。根据热重数据对热解各阶段进行动力学拟合,确定了模型物热解反应动力学三因素。平均表观活化能和反应级数分别为:E_{左旋葡聚糖}第一、第二阶段分别为115.80 kJ/mol(0.5级)、141.19 kJ/mol(2/3级); E_混合物第一阶段为54.46 kJ/mol(1级)、第二阶段为50.67 kJ/mol(2/5级); E_丁香酚为42.29 kJ/mol(0.7级); E_香草醛为36.53 kJ/mol(0.95级)。     

煤与生物油的成浆性能研究

利用不同煤种的煤和生物油制备了不同浓度的生物油煤浆,考察了生物油煤浆的成浆浓度、表观黏度、流变特性和稳定性。结果表明,生物油煤浆是具有一定屈服应力的非牛顿流体,其流变特性可用宾汉姆方程来描述;生物油煤浆的屈服应力和表观黏度都随着固体浓度的增加而增大;随着剪切速率的增加,生物油煤浆的表观黏度减小;四种煤中,无烟煤的成浆浓度最高,可达42%,其含碳量高达49%,相当于同种煤制成的74%的水煤浆含量。烟煤次之,褐煤最低;生物油与煤粉之间能够形成絮凝性的大分子网络结构,使得生物油煤浆存在屈服应力并能够保持良好的静态稳定性,4.0~5.0 d天没有软沉淀产生,数月没有硬沉淀产生。     

Template functions of particle monolayers on hydrophobic solid substrates

The template function of cationic particle monolayers bearing quaternary ammonium groups on their surfaces towards anionic colloids was investigated in this paper. Monodispersed cationic polymer particles having quaternary ammonium groups were self-organized on octadecylated glass plates through hydrophobic interaction. The morphology of the resulting particle monolayers was changed by tuning hydrophilic–hydrophobic balance of particles to fabricate aggregated type and dispersed type of particle monolayers. Gold and silver colloids were selectively deposited onto the particle monolayers through electrostatic interaction. The deposited gold and silver colloids on particle monolayers showed plasmon absorbance. Fluorescent silica colloids were also selectively deposited on particle monolayers to permit fluorescence labeling of the particle monolayers. Cationic particle monolayers fabricated on hydrophobic solid octadecylated were found to effectively work as templates for the deposition of above mentioned inorganic colloids.     

生物油/乙醇混合燃料燃烧性能研究

在空气气氛下采用热失重技术研究生物油及其与乙醇混合燃料的燃烧性能,利用Achar微分法和Coats-Redfern积分法结合的方式进行动力学分析,并对热解焦炭的物化特性进行了测量。结果表明,生物油及其与乙醇混合燃料的燃烧可分为三个阶段,即轻组分挥发、重组分裂解和焦炭燃烧;随着升温速率的升高,生物油的挥发性能和燃烧性能提高;随着乙醇质量分数的增加,挥发段和焦炭燃烧段的活化能都呈先减小后增大的趋势;混合燃料中乙醇质量分数不宜超过26%,否则其燃烧段的活化能增大,且热解焦炭所含有机官能团强度变弱,燃烧性能反而变差。     

稻壳生物油的燃烧及污染物排放特性研究

对稻壳生物油在空气气氛下进行了热重分析,并计算得到生物油的挥发、降解和残炭燃烧的活化能分别为63.11kJ/mol、81.01kJ/mol和161.29kJ/mol。在自砌的小型工业窑炉上开展了生物油燃烧实验,研究了生物油的点火工艺和燃烧污染物的排放规律。通过调整喷雾速度和喷嘴结构,在炉膛预热并使用明火点火源的情况下,生物油可以顺利点火。生物油燃烧容易生成CO,提高过量空气系数能有效地控制CO的生成,但同时会生成更多的NOx。在生物油中添加甲醇和乙醇助剂后,点火容易,燃烧温度提高,尾气中CO和NOx含量都一定程度的下降。     

生物油水蒸气气化实验研究

利用固定床反应器对生物油的水蒸气非催化气化性能进行了实验研究,考察了温度和水蒸气的加入量对气化过程的影响,对气化所得粗合成气的组成分布进行了分析。结果表明,升高温度有利于生物油向合成气转化,1 200 ℃时,生物油的碳转化率可达97.8%,合成气有效成分(H₂+CO)的产率可达77%,其中H₂/CO摩尔比为1.19;水蒸气的加入可以提高合成气中的H₂/CO摩尔比,当S/C(水碳比)=4时,合成气中的H₂/CO摩尔比可达3.69,与此同时,水蒸气的加入不利于合成气有效成分产率的提高;生物油气化所得气体为中热值气体。     

生物质热解油气化试验研究

生物质是一种环境友好可再生资源，可以通过多种途径转化为液体燃料。生物质热解液化即是在缺氧状态下对生物质进行快速加热，然后再对热解产物进行快速冷凝，最后获得一种称为生物油的液体燃料的技术。该技术以及生物油的特点主要有：热解液化温度为500℃，远低于生物质热解气化所     

基于不同萃取剂的生物油常压蒸馏研究

选用乙酸乙酯、二氯甲烷、乙醚和甲苯四种溶剂,分别与生物油按一定质量比混合萃取。将萃取相蒸馏得到的四种油相层与原始生物油进行对比,研究不同萃取剂对生物油萃取-蒸馏后各馏分的产率、水分及高附加值酚类组分变化的影响。结果表明,经萃取-蒸馏后,生物油残渣比例减少,水分含量降低。在四种溶剂中,甲苯萃取率较低,蒸馏后酚类绝对峰面积较小;乙酸乙酯和乙醚萃取效率较高,但两者萃取相蒸馏后酚类含量低;二氯甲烷萃取酚类能力强,其馏分中愈创木酚及其衍生物相对含量为34.11%,比生物油高出15.52%,富集程度高,更有利于后续进一步提纯愈创木酚及其衍生物等高附加值化学品。     

生物油蒸馏残渣理化性质及热失重研究

利用傅里叶变换红外光谱仪、激光共焦显微拉曼光谱仪和TGA Q500热分析仪对生物油蒸馏残渣及其在不同温度处理后的热解焦炭理化性质进行表征,并对其热失重特性进行分析。结果表明,生物油蒸馏残渣主要是由脂肪族、芳香族和低聚糖类等有机化合物组成;在氮气氛围下热解主要分为三个阶段:30-145℃为小分子物质挥发析出阶段145-550℃为大分子物质裂解和氧化阶段,550-750℃为焦炭产生阶段;热处理过程中各类物质逐步有序热解析出,同时固体产物石墨化程度随着热处理终止温度的升高而升高。