《秸稈微波催化液化機理及產物表征研究》是依託中國農業大學，由肖衛華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：秸稈微波催化液化機理及產物表征研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：肖衛華
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
秸稈液化利用不僅有利於緩解我國能源、環境壓力，而且能為當前高度關注的三農問題提供新的解決途徑。在前期研究的基礎上，本研究分別以模型化合物纖維素、半纖維素和木質素以及秸稈為研究對象，從動態角度由巨觀唯象到微觀分子水平探索微波加熱催化木質纖維質成分液化機理，通過對複雜產物系統的分離與鑑定，解析秸稈三大主要組分纖維素、半纖維素、木質素在微波加熱條件下的降解途徑，利用巨觀動力學揭示微波液化秸稈的催化機理，並對液化產物進行解析和表征，旨在提取影響液化產物套用的關鍵特徵參數，為液化產物套用提供理論支持。研究工作對於系統掌握秸稈微波液化的機理具有重要科學意義，對於促進秸稈高效利用具有實際套用價值。
結題摘要
秸稈液化利用不僅有利於緩解我國能源、環境壓力，而且能為當前高度關注的“三農”問題提供新的解決途徑。 本項目對液化產物進行定性及定量分析，探討模型化合物及秸稈液化過程中的主要產物組成及含量變化，從分子層面解析秸稈液化過程中的降解規律；利用GC-MS/HPLC等分析方法，探討模型化合物液化過程中的產物組成變化，發現纖維素的液化產物主要是乙醯丙酸酯及液化劑乙二醇的衍生物。半纖維素的液化產物中也發現液化劑乙二醇的衍生物及乙酸糠酯。木質素微波液化產物主要是芳香類類物質包括對二甲苯和間二甲苯及液化劑乙二醇的縮合產物。通過對玉米秸液化產物分析，發現液化產物中主要包含乙二醇及其衍生物，還有甲酯類物質，包括3-(1，3-二氧戊環-2-基)丙酸甲酯、乙醯丙酸異丙酯，以及月桂酸甲酯和棕櫚酸甲酯。可見液化過程中實現了主要木質纖維組分的降解及酯化反應，同時伴隨液化劑在加熱條件下的縮合反應。 通過對不同種類秸稈液化特性及組成變化、微觀結構分析，揭示秸稈液化的微觀機制。對不同種類秸稈原料液化產物的主要組成成分進行定量分析，發現稻草的液化得率較其他幾種原料均要低，玉米芯的液化速度最快。在秸稈原料液化過程中半纖維素最容易被液化，而纖維素在液化過程中出現含量先增加後減小的趨勢，說明纖維素由於結晶結構的存在，不利於液化的快速進行。對液化殘渣進行結晶形態進行分析表明微波液化殘渣的結晶度較對照低，說明微波液化非常充分。對微波催化反應的動力學進行系統研究，結合化學反應動力學方程和數學處理方法得到反應時間和液化率的關係，實驗結果顯示玉米秸液化符合一級動力學反應，活化能( Ea )為22.6kJ /mol，指前因子12.98×105/s；微波液化活化能低於常規液化反應活化能，從化學動力學角度揭示微波加熱主要通過降低反應活化來催化液化反應的機理。 利用溶劑萃取法對液化產物進行分離和分析，發現相較於正己烷和乙醚，萃取劑氯仿和乙酸乙酯可以有效分離微波液化產物中的乙醯丙酸異丙酯，乙酸乙酯逐一萃取可得到濃度為43.65%乙醯丙酸異丙酯。通過對秸稈液化產物進行灰分、元素、熱值、熱重及粘度分析表征，發現微波液化產物雖然具有理想的高位熱值（18.00 MJ/Kg），但硫含量較高，相對於國家標準SH/T0356-1996中關於燃油標準來說，灰分含量和粘度偏大，不適宜直接作為燃料。
