固体酸选择催化热解纤维素制生物油的基础研究
开发以木质纤维类生物质为原料的生物质能是解决日益严峻的资源和能源问题的重要途径之一.热解是生物质转化的重要方法之一，但直接由生物质热解制得的生物油具有酸值较高、粘度较大、腐蚀性强、稳定性差等缺点，使其作为燃料使用和贮存受到了一定的限制.其中催化热解是实现生物质高效定向转化和改善生物油品质的一种重要方法，而催化剂是实现生物质高效转化中最为关键的因素之一.本工作采用不同硅铝比的HZSM-5分子筛和不同Zn含量的Zn/ZSM-5为催化剂，以木质纤维类生物质为原料，研究固体酸酸性的调控对热解产物可燃气、生物油、生物炭的影响. 利用固定床反应器对木质纤维类生物质进行热解，生物油经过冷凝收集，生物炭产率通过称重方法计算，生物气的产率通过原料质量减去生物油和生物炭的质量得到.应用热重方法(TG)研究木质纤维类生物质的热解动力学行为.采用浸渍法制备Zn/ZSM-5(1.3 wt.％Zn)和Zn/ZSM-5(2.7 wt.％ Zn)，应用X-射线衍射光谱(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氨气-程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶吸附红外光谱等方法表征催化剂的Br？sted酸和路易斯酸的数量以及锌物种的配位状态.采用GC-MS(Agilent 6890A-5975C)对生物油进行成分分析，用HP-5毛细管柱 (30 m ？ 0.25 mm id) 进行分离，氦气作载气，进样口温度为280 ℃. 表1表示硅铝比为25、50和80的HZSM-5分子筛催化热解纤维素所得气、液、固产物的含量变化.从表1可以看出，随着催化剂酸性的增强，微晶纤维素催化热解产生的生物炭含量减少，气体含量增多，而液体生物油变化不同：纤维素热解产生的生物油含量逐渐减少.利用GC-MS和LC-MS对木质纤维类生物质催化热解产生的生物油成分进行分析，检测到其组分比较复杂，几乎包括所有类型的化合物，如酮类、醛类、醇类、呋喃类、烃类、酸类等物质.表2表示HZSM-5催化剂的酸性对生物油成分的影响.从表中可以看出，添加催化剂后，催化剂能够显著增加生物油中醇类的含量，可能是分子筛的B酸位更有利纤维素结构单元中C-C健的断裂而生成醇类.
热解 生物油 左旋葡萄糖酮 生物可燃气 Lewis酸 Zn/ZSM-5
夏海岸 王秀聪 徐然然 吴品 邵晴莉 左宋林
江苏省生物质绿色燃料与化学品重点实验室,南京林业大学化学工程学院,210037
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2012-09-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）