Characterization and storage stability analysis of bio-oil

对松木和玉米芯快速热解制取的生物油进行储存稳定性实验,经过储存老化后的生物油黏度增大,水分含量和固体颗粒物含量增加,pH值、热值、密度无明显变化.通过GC-MS对储存前后生物油中主要组分进行定量分析表明,生物油经过储存后,羟基丙酮、乙酸、糠醛等主要组分的含量明显下降,而2-甲氧基苯酚、4-甲基-2-甲氧基-苯酚、4-甲基-苯酚的含量有所上升.核磁共振的碳谱分析表明,经过储存后生物油中甲氧基碳和双氧-烷基碳的含量降低,而芳基碳和不饱和碳的含量增大,生物油的芳香度有所提高.     

蒸馏温度对核桃壳生物油馏分组分分布的影响

通过改变蒸馏温度对生物油进行常压蒸馏并将馏分分为油水两相,研究了馏分的组分分布变化。结果表明,在120-300℃随着蒸馏温度的升高,生物油馏出率不断增加;蒸馏温度低于240℃的油相馏分中萘、甲苯等芳烃类化合物和乙酸等羧酸类化合物明显富集,以120℃油相馏分为例,芳烃类和羧酸类化合物的相对含量是生物油原油的13.86倍和3.15倍;当蒸馏温度高于240℃时苯酚、愈创木酚等酚类化合物大量馏出,使得油相馏分的产率明显增加;同时,所获水相馏分中的水分含量皆高于60%,水分的富集效果明显;在馏分中检测到了2-乙基乙酸丁酯和环戊酮等原油中未检测到的组分并且馏分中水分总量高于生物油原油,这些都表明生物油在蒸馏过程中发生了酯化、缩聚等化学反应。通过对油相馏分的组分分布进行分析,发现改变蒸馏温度可以有效富集生物油中的高价值化合物,如苯酚、愈创木酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚和4-丙基愈创木酚的相对含量在300℃的油相馏分中分别比生物油提高了109%、160%、84%、53%和444%。     

蒸馏温度对核桃壳生物油馏分组分分布的影响

通过改变蒸馏温度对生物油进行常压蒸馏并将馏分分为油水两相，研究了馏分的组分分布变化。结果表明，在120-300℃随着蒸馏温度的升高，生物油馏出率不断增加；蒸馏温度低于240℃的油相馏分中萘、甲苯等芳烃类化合物和乙酸等羧酸类化合物明显富集，以120℃油相馏分为例，芳烃类和羧酸类化合物的相对含量是生物油原油的13.86倍和3.15倍；当蒸馏温度高于240℃时苯酚、愈创木酚等酚类化合物大量馏出，使得油相馏分的产率明显增加；同时，所获水相馏分中的水分含量皆高于60%，水分的富集效果明显；在馏分中检测到了2-乙基乙酸丁酯和环戊酮等原油中未检测到的组分并且馏分中水分总量高于生物油原油，这些都表明生物油在蒸馏过程中发生了酯化、缩聚等化学反应。通过对油相馏分的组分分布进行分析，发现改变蒸馏温度可以有效富集生物油中的高价值化合物，如苯酚、愈创木酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚和4-丙基愈创木酚的相对含量在300℃的油相馏分中分别比生物油提高了109%、160%、84%、53%和444%。     

La-Ni-Mo-B非晶态催化剂的制备、加氢脱氧性能及失活研究

以NaBH₄为还原剂采用化学还原法制备La-Ni-Mo-B非晶态催化剂,用BET、SEM、XRD和XPS等手段对催化剂进行表征,以4-甲基苯酚为探针研究其加氢脱氧性能,并探讨了4-甲基苯酚的加氢脱氧反应路径。结果表明,助剂La的加入,减小了催化剂的粒径,增大了比表面积,促进Ni²+和Mo⁶+的还原。275℃时,4-甲基苯酚加氢脱氧转化率达97%,甲基环己烷选择性达96%,加氢脱氧反应按氢化-氢解路径进行,产物中芳烃含量明显低于世界燃油规范Ⅲ类油标准（芳烃的质量分数小于15%）。催化剂活性降低的主要原因是由于Ni活性中心的非晶态结构被破坏。     

熔融盐对重质生物油再热解影响的研究

研究了KCl-ZnCl₂熔融盐在400、500、600℃下对重质生物油再热解特性及产物分布的影响。结果表明,熔融盐提高了重质生物油热解的固体产率,同时使气体产率下降;对苯酚、甲基苯酚、乙基苯酚、对丙基苯酚等部分化合物具有较好的富集效果,尤其在400℃下甲基苯酚的相对含量从8.82%提升到了20.85%,而苯酚在600℃下相对含量从2.18%提升到了8.62%;在炭形成过程中,熔融盐使C元素含量降低,O元素含量提高,增大了孔隙的BET比表面积和总孔容积,促进了固体产物孔隙结构的形成,增大了孔隙的平均孔径。     

生物质加压液化制备甲基糖苷与酚类物质

以甲醇为液化剂、浓硫酸为催化剂,对竹子、杨木、松木和桉木四种生物质原料的加压液化进行了实验研究。结果表明,在200℃下反应30 min后,这些生物质原料可转化得到气体、固体残渣和液体生物油三种产品,且竹子的液化率最高。将竹子液化产物进一步分级处理,得到烷基多糖苷和木素解离多酚两类化学品。其中,多糖苷产品的主要成分为己糖苷类化合物,占83.38%(质量分数);多酚类产品的主要成分为4-乙基-2-甲氧基苯酚、丁香酚和3,4-二甲氧基苯酚等,占65.79%(质量分数)。同时,根据原料的物质构成和液化油的组成结构分析,提出了液化反应的机理:纤维类生物质中的纤维素和半纤维素在酸性条件下发生醇解反应生成甲基糖苷,小部分甲基糖苷进一步转化生成乙酰丙酸甲酯;原料中的木质素在降解过程中,由于酚羟基和甲氧基的供电子效应,使Cα-Caromatic键发生断裂,生成苯酚、愈创木酚等酚类物质。     

分级冷凝生物油组分富集与组分稳定性研究

利用GC-MS分别检测分级冷凝装置和常规冷凝装置制备的核桃壳生物油,对比常规冷凝生物油与分级冷凝多品级生物油有机组分的相对峰面积,发现分级冷凝对组分富集有较大影响,其中,乙酸在第四级生物油内相对峰面积从5.38%上升至9.44%;愈创木酚在第二级内从3.46%上升至6.23%;紫丁香醇在第一级内从1.48%上升至4.44%;异丁香酚在第一级内从5.52%上升至17.84%。经过75 d、15℃恒温恒湿储存后分级冷凝生物油水分增加,分别增加了1.58%、1.88%、1.80%、2.43%;脂肪类有机物峰面积减小;酚类有机物峰面积增大。第一、二级生物油内小分子有机物含量较少,老化反应强度较低;第三、四级生物油内小分子有机物含量较多,老化反应强度较高。根据GC-MS检测结果将有机物分类,统计各类有机物在储存前后的含量变化,分析储存过程中各类有机物发生的老化反应种类以及反应强度。     

固相微萃取-气相色谱-质谱法测定千里光的挥发油成分

采用固相微萃取-气相色谱质谱法分离和鉴定千里光挥发油成分,用归一化法测定其相对含量。共分离出93个组分,鉴定出71种化学物,其含量占总挥发油组分峰面积的96.39%。主要挥发成分及其含量为十四烯(11.55%)、4乙烯基苯酚(10.99%)、δ-榄香烯(10.25%)、4-乙烯基-2甲氧基-苯酚(9.75%)、莰烯(8.7%)、(E,E)-α-金合欢烯(7.1%)和三环烯(4.6%)等。     

热解温度对酸沉淀工业木质素快速热解液体产物的影响

利用快速热解和气质联用技术,研究了酸沉淀工业木质素在400℃～700℃下快速热解液体产物的主要组分及其含量的变化。酸沉淀工业木质素快速热解液体产物中主要包括,与木质素的三种苯丙烷结构单元结构相似的苯酚、愈疮木酚和2,6 二甲氧基苯酚等酚类化合物,以及它们的甲基、乙基或丙基的单取代或多取代衍生物。在400℃～600℃,热解液体产物的组分及其相对含量的变化不显著;而在600℃～700℃,芳环上含甲氧基的酚类物质的相对含量急剧减少甚至消失,而苯酚的相对含量却急剧增加,达到27.81％,比400℃的增加了近2.5倍,同时芳烃化合物的相对含量增加,并出现苯丙呋喃、茚和萘等芳环化合物。     

两种苯并二氢吡喃-4-酮衍生物的合成

分别以间甲氧基苯酚与间苯二酚为原料,经过3步合成了(E)-7-甲氧基-3(4-甲氧基苯哑甲基)与(E)-7-羟基-3-(3',4',5'-三甲氧基苯哑甲基)取代的苯并二氢吡喃-4-酮.合成路线简单,易于操作,两者的最终收率分别为20.1%和15.3%.     

小球藻热裂解油催化加氢精制研究

以Ni-Co-Pd/γ-Al₂O₃为催化剂,在固定床反应器中研究了小球藻热裂解油的催化加氢精制。在较低加氢压力(2×10⁶ Pa)下考察了加氢温度和氢油比(体积比)对精制生物油的含水率、热值、运动黏度和十六烷值等参数的影响,并对加氢前后油品进行了元素分析和GC-MS分析。结果表明,在2×10⁶ Pa压力下,氢油比为120:1,温度为300 ℃时,精制油收率达89.6%,热值和十六烷值较加氢前分别增加了17.94%和71.2%,黏度下降66.32%。元素分析和GC-MS分析表明,精制生物油的H/C原子比由1.55提高至1.97,氧、氮、硫含量明显降低,脱氧率达到80.46%。精制油中的有机酸、酯、酮、醛的含量明显降低,烷烃和醇醚含量明显增加。     

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。     

添加乙酸乙酯对生物油稳定性的影响

以稻草秸秆快速热裂解生物油为样品,选取乙酸乙酯作为添加剂,按不同质量分数(分别为1%、6%、11%、16%和21%)添加到生物油中,考察原始生物油(空白组)及乙酸乙酯组生物油理化特性随贮存时间的变化规律。结果表明,随着乙酸乙酯添加质量分数增大,各乙酸乙酯组(1%、6%、11%、16%和21%)生物油最终pH值比空白组分别提高0.66%、2.33%、3.65%、4.32%和6.31%;最终含水率比空白组分别降低10.90%、20.17%、28.19%、30.27%和35.10%;最终运动黏度比空白组分别降低13.69%、39.08%、57.99%、66.00%和73.58%。FT-IR和GC-MS分析结果表明,添加乙酸乙酯能抑制生物油老化反应。此外,GC-MS分析结果还证实乙酸乙酯可以减少生物油内有机酸含量。     

Effect of different temperatures on the properties of pyrolysis products of Parthenium hysterophorus

This research encompasses the use of noxious weed Parthenium hysterophorus as feedstock for pyrolysis carried out at varying temperatures of 300, 450 and 600°C. Temperature significantly affected the yield and properties of the pyrolysis products including char, syngas and bio-oil. Biochar yield decreased from 61% to 37% from 300 °C to 600 °C, whereas yield of gas and oil increased with increasing temperature. The pyrolysis products were physico-chemically characterized. In biochar, pH, conductivity, fixed carbon, ash content, bulk density and specific surface area of the biochar increased whereas cation exchange capacity, calorific value, volatile matter, hydrogen, nitrogen and oxygen content decreased with increasing temperature. Thermogravimetric analysis showed that the biochar prepared at higher temperature was more stable. Gas Chromatography-Mass Spectrometry analysis of biochar indicated the presence of alkanes, alkenes, nitriles, fatty acids, esters, amides and aromatic compounds. Number of compounds decreased with increasing temperature, but aromatic compounds increased with increasing temperature. Scanning electron micrographs of biochar prepared at different temperatures indicated micropore formation at lower temperature while increase in the size of pores and disorganization of vessels occurred at increasing temperature. The chemical composition was found to be richer at lower pyrolysis temperature. GC–MS analysis of the bio-oil indicated the presence of phenols, ketones, acids, alkanes, alkenes, nitrogenated compounds, heterocyclics and benzene derivatives.     

离子交换树脂催化酯化生物油的试验研究

生物油黏稠、稳定性差、热值低、腐蚀性强,需要进行改质与品位提升,将生物油中的有机酸通过酯化的方法转化为中性的酯类可以改善生物油的性能。实验利用模型反应,筛选出了适合于生物油体系的732型和NKC-9型两种树脂作为酯化改质的催化剂。生物油和甲醇在间歇釜内以732和NKC-9为催化剂进行改质以后,酸值分别降低了88.54%和85.95%,表明生物油中的有机酸极大地转化为中性酯类。此外,热值分别提高了32.26%和31.64%,水分分别降低了27.74%和30.87%,密度均降低了21.77%,黏度降低均接近97%。732树脂固定床催化酯化生物油后,酸值降低了92.61%。加速陈化实验和铝片腐蚀性实验结果分别表明,改质生物油的稳定性和腐蚀性能得到了改善。     

CeO_2对Ni-Cu/HZSM-5催化剂在生物油加氢脱氧反应中抗积炭性能的影响

将CeO_2氧化物添加到Ni-Cu基催化剂中,研究了CeO_2加入量对生物油加氢脱氧过程中催化剂表面积炭行为的影响。采用热重分析、X射线光电子能谱和拉曼光谱等对CeO_2加入前后催化剂表面的积炭量、微结构、积炭动力学和不同类型炭(软积炭、硬积炭和石墨炭)的转变行为等进行了研究。结果表明,CeO_2的添加量及反应温度对催化剂的抗积炭能力及积炭的类型均具有显著的影响;在反应温度为270℃、CeO_2的添加量为15%时,Ni-Cu基催化剂抗积炭性能最好。     

添加丙酮与乙酸乙酯对生物油稳定性的影响

为了探究丙酮与乙酸乙酯对生物油储存特性的影响,将不同质量分数（3%、6%、9%、12%、15%）的丙酮和乙酸乙酯分别加入到生物油中,考察各组生物油理化特性随储存时间的变化。结果表明,添加丙酮和乙酸乙酯降低了生物油的含水率,且乙酸乙酯对生物油水分的降低效果优于丙酮。储存35 d后,15%乙酸乙酯组生物油的含水率为13.41%,比空白组（16.32%）降低了17.8%。加入添加剂后各组生物油的运动黏度均显著下降,与乙酸乙酯相比,丙酮对运动黏度影响较大。随着添加剂添加比例的增加,生物油运动黏度降低。储存35 d后,添加丙酮质量分数为3%、6%、9%、12%、15%的实验组生物油的运动黏度比空白组分别降低了37.20%、57.78%、71.92%、79.79%、84.67%。两种添加剂均能使生物油的pH值略微增大。红外光谱分析和气相色谱质谱联用分析显示,丙酮和乙酸乙酯抑制了生物油的老化反应。     

Bio-oil from Jackfruit Peel Waste

Fossil fuels such as petroleum, charcoal, and natural gas sources are the main energy sources at present, but considering their natural limitation in availability and the fact that they are not renewable, there exists a growing need of developing bio-fuel production. Biomass has received considerable attention as a sustainable feedstock that can replace diminishing fossil fuels for the production of energy, especially for the transportation sector. JackfruitwasteisabundantinIndonesiamake itpotentiallyas one of thegreenrefineryfeedstockforthe manufacture ofbio-fuel.As intermediate of bio-fuel,jackfruitpeelsisprocessed intobio-oil. Pyrolysis, a thermochemical conversion process under oxygen-absent condition is an attractive way to convert biomass into bio- oil.In this study, the pyrolysis experiments were carried out ina fixed-bedreactor at a range of temperature of400-600 °C, heating rate range between 10-50 °C/min, and a range of nitrogen flow between 2-4litre/min. The aims of this work were to explore the effects of pyrolysis conditions and to identify the optimum condition for obtaining the highest bio-oil yield.The effect of nitrogen flow rate and heating rate on the yield of bio-oil were insignificant. The most important parameter in the bio-oil production was the temperature of the pyrolysis process.The yield of bio-oil initially increased with temperature (up to 550 °C) then further increase of temperature resulting in the decreased of bio-oil yield. Results showed that the highest bio-oil yield (52.6%)wasobtainedat 550 °C with nitrogen flow rate of 4L/min and heating rate of 50 °C/min. The thermal degradation of jackfruit peel was also studied using thermogravimetric analysis (TGA). Gas chromatography (GC-MS) was used to identify the organic fraction of bio-oil. The water content in the bio-oil product was determined by volumetric Karl-Fischer titration. The physicochemical properties of bio-oil produced from pyrolysis of jackfruit peels such as gross calorific value, pH, kinematic viscosity, density, sulfur content, ash content, pour point and flash point were determined and compared to ASTM standard of bio-oil (ASTM 7544).     

Scale-up of microwave heating process for the production of bio-oil from sewage sludge

A pilot-scale microwave heating apparatus was constructed for the production of bio-oil from sewage sludge, and the effects of important microwave processing parameters and chemical additives on the quality and yield of bio-oils were investigated. It was found that bio-oil was mainly formed at the pyrolysis temperature range of 200–400 °C. A higher heating rate (faster pyrolysis) not only increased the yield of bio-oil, but also improved the quality of bio-oil according to the elemental composition and calorific values. The maximum bio-oil yield was 30.4% of organic fraction, obtained from the pyrolysis of original sewage sludge at microwave radiation power of 8.8 kW and final pyrolysis temperature of 500 °C. All of five simple additives (KOH, H₂SO₄, H₃BO₃, ZnCl₂, and FeSO₄) reduced the bio-oil yield, but the composition and property of bio-oil varied with the additive types greatly. KOH, H₂SO₄, H₃BO₃ and FeSO₄ were found to improve the quality of bio-oils remarkably according to the calorific value, density, viscosity and carbon content of bio-oils, but ZnCl₂ treatment went against that. GC–MS analysis of the bio-oils showed that, alkali treatment promoted the formation of alkanes and monoaromatics, while acid treatment favored the formation of heterocyclics, ketones, alcohols and nitriles. Compared with sulfate slat FeSO₄, chloride salt ZnCl₂ was a better catalyst for selective catalytic pyrolysis of sewage sludge. The addition of ZnCl₂ only promoted the formation reactions of a few kinds of nitriles and ketones remarkably. It is technologically feasible to produce bio-oil form microwave-induced pyrolysis of sewage sludge by optimizing pyrolysis conditions and selecting appropriate additives.     

亚/超临界乙醇中羟基和氢自由基作用下的纤维素液化行为

以水杨酸为羟基自由基(HO·)捕捉剂、四氯化碳为氢自由基(H·)捕捉剂,采用间歇高压反应釜对玉米秸秆纤维素在亚/超临界乙醇中的液化行为进行了研究,通过考察自由基捕捉剂用量、反应温度和反应时间对纤维素液化行为的影响,研究亚/超临界乙醇产生的HO·和H·自由基对纤维素的液化作用。结果表明,随着水杨酸用量增加(0-4mL),HO·浓度升高,生物油收率由29.3%提高至47.9%,固体残渣收率从26.7%降低至24.3%;反应温度从250℃升高至320℃,HO·活性随之增强,生物油收率由35.9%升高至58.2%,固体残渣收率由51.8%降低至20.4%;随着四氯化碳用量由0增加为2mL时,H·浓度降低,生物油收率由24.7%降低至20.7%,固体残渣收率由54.1%增加至59.1%;反应时间从0到30min,液化作用不断增强,生物油收率从8.7%升高至28.5%,固体残渣收率由86.3%下降至60.9%;30min之后,四氯化碳对H·活性的抑制加强,导致液化作用减弱,生物油收率有所下降。实验结果表明,乙醇在亚/超临界状态下能够产生HO·和H·,且HO·和H·浓度和活性与反应条件相关,对纤维素液化产物的收率及其分布具有明显的影响。