拉曼光譜與微型毛細(xì)管反應(yīng)器聯(lián)用研究微藻及其模型化合物的水熱液化產(chǎn)物.pdf

1、近年來，氣候變化、能源危機(jī)以及環(huán)境污染日益嚴(yán)重成為當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展所必須面臨的困境。利用生物質(zhì)資源制備可再生的能源提供了一個(gè)長(zhǎng)期生產(chǎn)液體燃料的可持續(xù)選擇，能源需求的動(dòng)力促使研究者們發(fā)展了從生物質(zhì)制備生物燃油的許多新方法。在眾多生物質(zhì)資源當(dāng)中，微藻(microalgae)具有光合作用強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短、生長(zhǎng)速率快、不占用耕地以及固碳能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是下一代能源的理想原料。
　　本實(shí)驗(yàn)利用熔融石英毛細(xì)管反應(yīng)器(Fused silic

2、a capillary reactor，簡(jiǎn)稱FSCR)結(jié)合顯微成像系統(tǒng)觀測(cè)并記錄微藻（模型化合物）水熱液化現(xiàn)象，并結(jié)合Raman光譜、GC-MS和紅外光譜等分析研究微藻水熱液化產(chǎn)物。
　　實(shí)驗(yàn)設(shè)置水熱反應(yīng)升溫程序:升溫速率50℃/min升溫至360℃，在360℃恒溫30min后以10℃/min的降溫速率降至室溫并采集了FSCR中水熱液化過程的圖片。FSCR中杜氏鹽藻和模型化合物的水熱液化研究表明在整個(gè)水熱液化過程中，在溫度不超過2

3、00℃時(shí)，隨著溫度的升高以原料的溶解和擴(kuò)散過程為主;隨著溫度的進(jìn)一步升高，液化反應(yīng)開始進(jìn)行，原料不同觀測(cè)到不同的液化現(xiàn)象，這主要取決于原料所具有的官能團(tuán)，蛋白質(zhì)和糖類化合物具有較多的官能團(tuán)且極性較大，所以表觀上的反應(yīng)現(xiàn)象較為明顯，而高級(jí)脂肪酸表觀現(xiàn)象更近于物質(zhì)溶解析出過程，可能不伴隨化學(xué)變化的發(fā)生。
　　由于鹽藻及其液化產(chǎn)物攜帶的分子信息量大且復(fù)雜程度高，實(shí)驗(yàn)在石英玻璃管進(jìn)行了放大水熱液化實(shí)驗(yàn)并結(jié)合GC-MS和紅外光譜分析液化產(chǎn)物

4、。GC-MS分析結(jié)果顯示產(chǎn)物以脂肪酸類化合物為主，烴類、酰胺類和氮雜環(huán)化合物含量相對(duì)較少，傅里葉紅外光譜分析與GC-MS結(jié)果相吻合。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)合Raman光譜分析了模型化合物在FSCR中的水熱液化并利用GC-MS分析其放大水熱實(shí)驗(yàn)的液化產(chǎn)物。Raman光譜分析表明脂肪酸水熱反應(yīng)前后沒有化學(xué)變化，蛋白質(zhì)類和糖類在水熱液化過程分子價(jià)鍵遭到破壞，且甘氨酸和葡萄糖氣相產(chǎn)物中均檢測(cè)到CO2。
　　GC-MS分析結(jié)果顯示脂肪酸具有較高

5、的水熱穩(wěn)定性，甘氨酸和葡萄糖的水熱過程均產(chǎn)生了新物質(zhì)，模型化合物的共液化表明液化過程中存在相互作用。
　　基于實(shí)驗(yàn)研究和相關(guān)文獻(xiàn)提出微藻水熱液化反應(yīng)機(jī)理:第一步，蛋白質(zhì)、糖類和脂質(zhì)的水解:蛋白質(zhì)水解得到氨基酸，糖類水解得到二糖或單糖，脂質(zhì)水解生成脂肪酸。第二步，氨基酸、脂肪酸和糖的分解:氨基酸脫羧反應(yīng)產(chǎn)生氣體產(chǎn)物CO2，糖類的降解得到環(huán)氧化產(chǎn)物。第三步，中間產(chǎn)物的再分解、重組和再聚合:糖類重排產(chǎn)生氣體產(chǎn)物CO2，氨基酸、糖類裂解產(chǎn)