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木质素热裂解行为的试验研究

作　者: 王凯歌
导　师: 王树荣；周劲松
学　校: 浙江大学
专　业: 能源环境工程
关键词: 木质素热裂解动力学热重红外组分影响
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

生物质热裂解是一种能够实现生物质全面利用的制取液体燃料的技术,在国内外都备受关注。截止目前国内外在生物质热裂解工艺利用上遇到的主要问题仍是所制取的生物油品质的复杂和不稳定性,从而限制了该技术的高效规模化应用。究其根本原因是缺乏对生物质热裂解机理的深入了解和研究,尤其是对生物质三大组分之一的木质素的理化性质以及热裂解机理缺乏深入的研究。本文依托相关国家项目,对木质素的化学结构以及热裂解机理进行了较为系统的研究。从阔叶木的代表性树种水曲柳和针叶木的代表性树种樟子松中提取对应的磨木木质素(MWL)和Kalson木质素,并通过元素分析、1H-NMR波谱分析和FTIR压片分析来掌握不同种木质素的微观结构特征,分析了不同种木质素在元素组成,官能团含量等方面的差异变化。水曲柳MWL中的芳香环来源于愈疮木基和紫丁香基两种结构单元,显示出典型的阔叶木木质素的特征；而樟子松MWL中的芳香环全部来自于愈疮木基单元。水曲柳MWL的甲氧基含量远远高于樟子松MWL。在热重-红外联用分析仪上对比分析了几种不同木质素的热裂解行为,发现其存在明显的差异,并得出各种主要产物的生成机理。在小型机理试验装置上对不同种磨木木质素开展了快速热裂解试验。水曲柳MWL热裂解获得了较高的生物油产量,而樟子松MWL热裂解的焦炭产量较高。生物油中醇类的产量可以用于大致地估计木质素的甲氧基含量,愈疮木酚和紫丁香酚的含量可以用于判断木质素的种类。为了研究木质素等组分间的热裂解影响机理,选取四种典型配比合成生物质,并在TG-FTIR分析仪上开展了热裂解动力学和产物析出研究,同时在小型的快速热解机理试验台上展开了试验。为了研究木质素等组分间的热裂解影响机理,选取四种典型配比合成生物质,并在TG-FTIR分析仪上开展了热裂解动力学和产物分析,同时在小型的快速热解机理试验台上展开了试验。木质素等组分之间的相互影响使得生物油的产量降低,而气体和焦炭的产量增加。纤维素和半纤维素抑制了木质素热裂解烃类气体的生成。生物油成分分析表明木质素对纤维素热解过程中左旋葡聚糖以及3,4-阿卓糖等产物的生成影响较弱,而半纤维素对纤维素的裂解产物析出影响较大。木质素强烈地抑制了半纤维素热裂解过程中乙酸和糠醛的生成,纤维素对于半纤维素产物的生成有正面的影响。纤维素或半纤维素的存在强烈地促进了木质素热裂解过程中酚类物质的生成。

全文目录

致谢  5-7
摘要  7-8
Abstract  8-9
目次  9-11
1. 绪论  11-24
  1.1. 引言  11
  1.2. 生物质能概述  11-19
    1.2.1. 生物质能的定义及其特点  11-13
    1.2.2. 生物质能的来源  13-14
    1.2.3. 生物质能开发利用的意义  14-15
    1.2.4. 生物质能开发利用技术  15-17
    1.2.5. 生物质能开发利用现状  17-19
  1.3. 生物质热解技术  19-24
    1.3.1. 生物质热解技术的定义和分类  19
    1.3.2. 生物质热解技术的发展现状和应用前景  19-24
2. 木质素性质以及热裂解研究综述  24-34
  2.1. 引言  24
  2.2. 木质素的概况  24-26
    2.2.1. 木质素的存在  24-25
    2.2.2. 工业木质素的分类和利用状况  25-26
  2.3. 木质素的性质  26-29
    2.3.1. 木质素的基本结构  26-29
    2.3.2. 木质素的物理化学性质  29
  2.4. 木质素热解研究综述  29-32
  2.5. 本论文的研究内容  32-34
3. 木质素的来源和结构分析  34-47
  3.1. 引言  34
  3.2. 木质素结构化学研究概述  34-36
    3.2.1. 木质素结构化学研究发展  34-35
    3.2.2. 红外光谱分析法  35-36
    3.2.3. 核磁共振法  36
  3.3. 木质素的分离  36-40
    3.3.1. 植物原料的准备  37-38
    3.3.2. 木质素的分离  38-40
  3.4. 木质素的成分和结构分析  40-45
    3.4.1. 木质素的元素分析  40-41
    3.4.2. 木质素的红外光谱分析  41-42
    3.4.3. 木质素的 ~1H-NMR分析  42-44
    3.4.4. 磨木木质素的C_9标准分子式  44-45
    3.4.5. 磨木木质素的功能基分析  45
  3.5. 本章小结  45-47
4. 木质素热裂解研究  47-63
  4.1. 引言  47
  4.2. 机理研究实验方法  47-51
    4.2.1. 热重红外联用  47-48
    4.2.2. 快速热裂解实验装置  48-51
  4.3. 木质素热裂解动力学分析  51-53
    4.3.1. 磨木木质素动力学实验研究  51-52
    4.3.2. 不同类型木质素动力学对比研究  52-53
  4.4. 木质素热裂解产物析出机理分析  53-56
  4.5. 木质素快速热解实验研究  56-61
    4.5.1. 木质素热裂解三大产物分布  56-57
    4.5.2. 木质素快速热解气体产物分析  57-58
    4.5.3. 木质素快速热解生物油成分分析  58-61
  4.6. 本章小结  61-63
5. 木质素与生物质其他组分热裂解影响机理研究  63-78
  5.1. 引言  63-64
  5.2. 木质素与其他组分间热裂解动力学和产物析出的相互影响  64-70
    5.2.1. 木质素与其他组分间热裂解动力学的相互影响研究  65-67
    5.2.2. 木质素与其他组分间热裂解析出产物的的相互影响研究  67-70
  5.3. 快速热裂解实验研究  70-76
    5.3.1. 生物油,气体以及焦炭的产率  70-71
    5.3.2. 快速热裂解气体产物分析  71-72
    5.3.3. 生物油的成分分布  72-76
  5.4. 本章小结  76-78
6. 全文总结  78-80
硕士期间发表的论文目录  80-81
参考文献  81-83

木质素热裂解行为的试验研究

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