玉米芯主要成分水熱處理的遷移轉(zhuǎn)化研究.pdf

1、生物質(zhì)是化學(xué)組成最接近化石能源的可再生能源,便于利用現(xiàn)有的工程設(shè)備生產(chǎn)石油替代產(chǎn)品。受環(huán)境和能源的雙重壓力,生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)研究越來越受到各國的關(guān)注。其中,水熱法處理生物質(zhì),使其主要成分纖維素、半纖維素、木質(zhì)素在高溫、高壓的水熱環(huán)境中發(fā)生分離、降解,轉(zhuǎn)化為各種類型可進(jìn)一步利用的含氧有機(jī)小分子是一條重要的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑。水熱處理工藝中的超臨界水、亞臨界水處理生物質(zhì)已有很多的研究報(bào)道,而溫度和壓力稍低的高壓熱水對生物質(zhì)降解的影響研究較

2、少,本文采用100℃熱水、210℃高壓熱水連續(xù)處理玉米芯原料,用重量法、化學(xué)分析法、分光光度法、紅外光譜等分別對固相主要成分和水相主要組分進(jìn)行分析測定,總結(jié)玉米芯主要成分的分離、溶解、降解等物理化學(xué)變化規(guī)律,以及在固相、水相中的分布規(guī)律,為生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化利用積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　 首先,測定玉米芯原料的主要成分,結(jié)果為纖維素37.4％、半纖維素32.2％、木質(zhì)素17.5％,與其它木質(zhì)纖維素原料相比,玉米芯中半纖維素含量較多。

3、>　　 接著,研究了玉米芯水熱處理后水相中主要成分的分光光度測定方法,水熱處理后的水相呈酸性,有木質(zhì)素、糠醛類、還原糖、低聚糖、有機(jī)酸同時存在,相互間有干擾而影響分光光度法的測定結(jié)果,通過研究各種組分的吸收光譜和各種測定條件及干擾因素對結(jié)果的影響,本文最終選擇三波長法測定水相中木質(zhì)素、糠醛類和還原糖的含量。先在紫外區(qū)利用公式(1)和(2)求出糠醛濃度X和酸溶木質(zhì)素濃度Y,再在可見光區(qū)利用公式(3)計(jì)算還原糖濃度Z。還原糖的測定以3,5

4、-二硝基水楊酸和酒石酸鉀鈉(即DNS酒石酸鉀鈉)作顯色劑,530nm作為測定波長?；厥章蕦?shí)驗(yàn)表明測量的準(zhǔn)確度較高。A205=3.43X+55Y(1),A277=65X+26.7Y(2),A530=7.20Z+0.119X。
　　 然后,本論文對玉米芯采用連續(xù)水熱處理的實(shí)驗(yàn)方法,即100℃處理后的固相1繼續(xù)進(jìn)行210℃水熱處理,以區(qū)分不同溫度下主要成分的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。以100g干燥的玉米芯為原料,經(jīng)過連續(xù)處理,玉米芯中主要成分的遷

5、移轉(zhuǎn)化規(guī)律為:
　　 100g干燥玉米芯100℃、料液比1:8、反應(yīng)時間1.5h、水熱連續(xù)處理5次后,失重17g。其中灰分失重率達(dá)到87.6％,是該階段遷移最多的成分；其次是半纖維素失重率為28.9％；苯醇抽提物失重率為24.4％；木質(zhì)素失重率為9.14％；纖維素失重率為3.17％。
　　 83g經(jīng)100℃度處理的固相1經(jīng)過210℃、料液比1:8、反應(yīng)時間1.5h,水熱處理1次后,玉米芯又繼續(xù)失重47.4g。其中半纖維素

6、失重率達(dá)100％,是該階段遷移最多的成分；纖維素失重率為41.5％；木質(zhì)素失重率為24.5％。
　　 剩下35.6g固相2再經(jīng)過210℃、料液比1:8、反應(yīng)時間1.5h,水熱處理第2次后,玉米芯又繼續(xù)失重4.90g,其中纖維素失重率達(dá)15.4％,是該階段遷移最多的成分,但遠(yuǎn)比上一次處理時纖維素的失重率低,說明晶態(tài)纖維素比非晶態(tài)穩(wěn)定；木質(zhì)素失重率為0.833％,第2次210℃水熱處理木質(zhì)素幾乎提取不出,說明長時間水熱過程木質(zhì)素可能

7、發(fā)生再聚合反應(yīng)。連續(xù)兩次的210℃水熱處理表明無催化劑、210℃水熱處理很難完全分解纖維素和木質(zhì)素。用75％的1,4-丁二醇／水溶劑在210℃、料液比1:8、反應(yīng)時間1.5h條件下,處理100g干燥玉米芯原料,木質(zhì)素的提取量為10.9g,占原料中木質(zhì)素理論量的62.3％,有機(jī)溶劑在同樣條件下比水分離木質(zhì)素的效果好。
　　 經(jīng)210℃、1次處理后固相中損失的質(zhì)量16.9％生成不溶于水的生物油,附著在固相的表面,其余大部分遷移到水相