《微藻生物質熱解反應動力學的實驗與機理研究》是依託天津大學，由程占軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微藻生物質熱解反應動力學的實驗與機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：程占軍
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目根據目前生物質熱解轉化的研究熱點，計畫選取三種典型的微藻生物質（小球藻、水綿藻、螺旋藻）及其模型化合物（葡萄糖、澱粉、白蛋白）進行研究，並探索不同組分微藻生物質對其熱解產物分布的影響。採用熱重/同步輻射真空紫外光電離質譜技術以及氣相色譜-質譜聯用技術作為診斷技術，分別完成三類微藻及其模型化合物的活潑和穩定熱解中間產物的探測和濃度測量；結合動力學分析，對微藻及其模型化合物的解離路徑進行分析，對實驗結果進行解釋。從而總結三類典型微藻生物質的熱解動力學規律，闡釋其中的反應機理，為深刻理解微藻生物質分解過程和污染物形成機理提供理論指導。
結題摘要
藻類生物質因其高光合作用效率、高產率以及不占耕地等優點，被認為是有巨大潛力的可再生能源。同時藻類、木質纖維素類生物質也可通過熱化學方法轉化為作為替代生物燃料重要組分的醇類、呋喃類生物燃料。對於藻類生物質的研究，前人側重於對其產物分布的分析，對其微觀反應機理研究較少。對於呋喃類生物燃料燃燒反應動力學模型，前人的研究缺乏寬壓力和寬溫度範圍實驗的驗證。 本工作利用同步輻射真空紫外光電離質譜法、色譜-質譜聯用法對藻類生物質和呋喃類生物燃料的熱解、燃燒反應特性開展一系列的研究，實現實時線上測量其燃燒、熱解反應過程的中間產物，研究複雜原生藻類生物質催化熱解特性，並發展了呋喃類生物燃料的寬壓力、寬溫度範圍的燃燒反應動力學模型。 本項目研究發現，HZSM-5和HUSY催化劑使微藻熱解產物易發生脫氧、環化反應，明顯提高了輕質烯烴類、單環芳香烴類以及多環芳香烴類產物信號強度。馬尾藻具有較高的灰分，由於灰分中鹼金屬和鹼土金屬豐富，使得馬尾藻與陸生生物質混合熱解時具有明顯的協同效應。 呋喃類生物燃料的物理化學性質與汽油相似，是一種有套用前景的生物燃料。本項目對呋喃，2-甲基呋喃(MF)和2，5-二甲基呋喃(DMF)不同支鏈結構的呋喃類生物燃料開展了變壓力熱解和層流預混火焰的實驗與模型研究。結果發現，三種呋喃類生物燃料的熱解過程主要是由單分子解離反應控制的，MF同時具有呋喃和DMF的分解特點。此外，MF和DMF熱解過程中都探測到了大量的大質量芳烴產物。通過分析發現，MF熱解中產生了較高濃度的炔丙基和C4物種，而DMF熱解中產生了大量的苯酚，炔丙基自複合反應和苯酚的取代反應均可以生成較高濃度的苯，這很好地解釋了在MF和DMF熱解過程中生成了較高濃度的芳烴。較高碳煙前驅體的生成趨勢嚴重限制了呋喃燃料的套用。 本工作得到了審稿人和國內外同行專家的高度評價，肯定了我們對呋喃類燃料熱解芳烴生成路徑探索的貢獻。項目期間共發表SCI論文5篇，其中一區論文1篇，二區論文4篇，包括1篇國際燃燒學頂級SCI期刊Proc. Combust. Inst.；申請發明專利3項，並在第36屆國際燃燒會議上做口頭報告1次。
