木質(zhì)生物質(zhì)醇解液化的研究.pdf

1、隨著石化資源引起的能源安全和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，利用可再生生物質(zhì)資源通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化獲取能源和化學(xué)品越來越受到人們的關(guān)注。生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法有熱解、液化、氣化等，生物質(zhì)液化因反應(yīng)條件溫和而具有工業(yè)應(yīng)用潛力。傳統(tǒng)液化方法常采用無機(jī)液體酸為催化劑，盡管它們催化性能優(yōu)異，但是其強(qiáng)氧化性易引起設(shè)備腐蝕、生產(chǎn)安全和環(huán)境污染等問題，一定程度上限制了傳統(tǒng)液化技術(shù)的工業(yè)化。因此，尋找一種“綠色”、高效的催化劑有利于生物質(zhì)液化的發(fā)展。本文以磺酸型離子液

2、體或磷鎢雜多酸為催化劑，以杉木屑為生物質(zhì)原料，探討了這兩類”綠色”酸催化劑在木質(zhì)生物質(zhì)醇解液化中的應(yīng)用，為生物質(zhì)“綠色”、高效液化技術(shù)的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和實踐依據(jù)。
　　一方面，分別以合成的四種酸性含HSO4—的咪唑基離子液體為催化劑，以正辛醇為溶劑，研究了杉木屑在離子液體中的液化過程。首先，以硫酸作為對比，從四種合成的離子液體中篩選出催化性能最佳的離子液體。其次，以篩選的離子液體為催化劑，通過單因素實驗，考察了液化溫度、催化劑濃

3、度、原料粒徑等因素對離子液體中杉木屑液化的影響。另外，采用傅立葉紅外光譜儀（FTIR）、X射線衍射儀（XRD）、熱重分析儀（TG）等對離子液體和液化產(chǎn)物進(jìn)行了表征。離子液體篩選實驗結(jié)果表明，合成的離子液體能有效催化杉木屑液化，其中1-甲基-3-丁磺酸基咪唑硫酸氫鹽離子液體（[Bsmim]HSO4）的催化性能最佳，接近硫酸的催化性能。單因素實驗結(jié)果表明；最佳的液化條件為木屑用量10g、平均粒徑為1.265mm、液固比6:1、反應(yīng)溫度為15

4、0℃、催化劑質(zhì)量濃度5wt％、反應(yīng)時間60min，此時液化率為78.4%；液化油的得率與液化率直接相關(guān)，液化過程中存在木材降解反應(yīng)和中間產(chǎn)物再聚合反應(yīng)的競爭關(guān)系。液化產(chǎn)物表征結(jié)果表明：木質(zhì)素較半纖維素、纖維素難液化；液化過程中木材主要組分半纖維素、纖維素、木質(zhì)素有序解構(gòu)、解聚、液化；生物質(zhì)油的高熱值（HHV）是原料的2倍以上，燃燒性能良好；輕油主要源自纖維素和半纖維的降解產(chǎn)物，而木質(zhì)素的液化產(chǎn)物則富集在重油中；正辛醇既可作為溶劑，同時也

5、參與了液化反應(yīng)，有利于提高輕油的辛烷值；輕油組分較復(fù)雜，主要為酯類、醚類、烷烴、醛類等化合物，可直接作為液體燃料。
　　另一方面，以磷鎢酸為催化劑，在高壓反應(yīng)釜中探討杉木屑的超臨界乙醇液化，考察了催化劑用量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度對杉木屑液化率的影響，并采用傅立葉紅外光譜儀（FT-IR）和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對液化殘渣和液化油產(chǎn)物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：在超臨界乙醇的環(huán)境中，磷鎢酸具有優(yōu)越的杉木屑催化液化性能；當(dāng)反應(yīng)溫度2