離子液體-催化劑作用下生物質(zhì)的微波裂解實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、作為一種可再生能源，生物質(zhì)能是目前解決能源短缺以及環(huán)境污染的最有效的途徑。隨著對(duì)生物質(zhì)能的開發(fā)利用，其利用技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，作為熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的生物質(zhì)裂解技術(shù)是當(dāng)前最有發(fā)展?jié)摿Φ那把丶夹g(shù)之一。而由于傳統(tǒng)裂解技術(shù)能耗高、操作復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間長等，因此尋求一種高效率的生物質(zhì)裂解方法是當(dāng)今能源開發(fā)的一項(xiàng)重要任務(wù)，具有重要的研究意義。
　　 本文以甲基纖維素、定性濾紙以及重慶片區(qū)的花生殼作為研究對(duì)象，采用離子液體1-丁基-3-甲基咪

2、唑氯([BMIM]C1)為添加劑，以金屬氯化物、無機(jī)酸以及分子篩為催化劑，將改裝過的家用微波爐作為快速裂解的熱解源而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)裝置，并通過進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)確定了微波裂解生物質(zhì)的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件。以[BMIM]C1為添加劑，在微波功率為800W，反應(yīng)時(shí)間為25min，[BMIM]C1與甲基纖維素、定性濾紙及花生殼的質(zhì)量比分別為0.20、0.50及0.40時(shí)，得到生物質(zhì)油的最大產(chǎn)率分別為32.26％、37.41％及25.52％。同時(shí)，生物質(zhì)組

3、分含量的不同也會(huì)影響其裂解產(chǎn)物的分布狀況，如纖維素裂解揮發(fā)分產(chǎn)物產(chǎn)率較多，生物質(zhì)油中以糠醛化合物為主要成分，而半纖維素裂解主要生成酸性物質(zhì)，木質(zhì)素裂解對(duì)固體焦炭的貢獻(xiàn)較大，且裂解油中主要成分為苯酚類物質(zhì)。添加催化劑后，各生物質(zhì)裂解反應(yīng)時(shí)間由原來的25min降低至10min左右，即裂解時(shí)間縮短了大約60％。另外催化劑的存在可促進(jìn)生物質(zhì)裂解油中目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率，加大生物質(zhì)油的利用率。反應(yīng)后的離子液體[BMIM]C1可回收利用，充分體現(xiàn)出了離子

4、液體綠色、環(huán)保等的優(yōu)點(diǎn)。
　　 本文采用紅外光譜分析表征了[BMIM]C1處理前后生物質(zhì)結(jié)構(gòu)中官能團(tuán)的變化，發(fā)現(xiàn)離子液體對(duì)降低生物質(zhì)結(jié)晶度具有較大的影響。同時(shí)，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)生物質(zhì)油的成分和組成進(jìn)行分析，并通過總離子流圖的檢索計(jì)算，得出生物質(zhì)油的主要成分為甲氧基乙醛、糠醛、乙酸、苯酚等，而不同生物質(zhì)油組分的不同在于其生物質(zhì)成分含量的差異，即裂解過程中生物質(zhì)類型的不同將會(huì)影響生物質(zhì)裂解產(chǎn)物的分布狀況。采用氣相色譜對(duì)生物

5、質(zhì)裂解氣的成分進(jìn)行在線檢測(cè)，得出生物質(zhì)裂解氣所含主要成分為CO、CO2、CH4等。另外，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)以及理論分析，展開對(duì)纖維素、半纖維素及木質(zhì)素裂解機(jī)理的研究，同時(shí)通過對(duì)理論模型的建立來探討離子液體-催化劑作用下生物質(zhì)三組分的一次微波裂解途徑。
　　 通過對(duì)常規(guī)油浴熱解與微波裂解的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，微波裂解能在較短時(shí)間內(nèi)得到最大限度的生物質(zhì)油產(chǎn)率，即較常規(guī)熱解生物質(zhì)效率更高，耗時(shí)更少。因此微波技術(shù)作為一種快速、高效、新型的制備生物質(zhì)油的技術(shù)