《面向生物油分離的高性能沸石膜的結構設計與可控合成》是依託華南理工大學，由李剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向生物油分離的高性能沸石膜的結構設計與可控合成
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李剛
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物油是非化石原料路線製備可再生的生物基高品位液體燃料的重要原料，然而其中含有的水分和有機酸極大地影響了生物油的品質以及後續的精製加工過程。實現生物油中水和有機酸的分離不僅對生物油的品質提升以用於精製高品位液體燃料具有重要作用，而且對於其中具有高附加值乙酸化學品的回收與綜合利用也具有重要意義。本研究首次提出了沸石膜分離這一技術路線套用於生物油中水和乙酸的高效分離，通過面向生物油分離的沸石膜新穎微結構的孔道設計與可控合成，以及研究沸石膜物質傳輸微通道的定量評價與滲透行為規律，解決面向生物油分離的沸石膜的設計、製備、評價與套用中所涉及的關鍵問題，為實現沸石膜技術生物油高效脫水以及其中的乙酸高附加值化學品的分離回收提供科學與技術基礎。
結題摘要
隨著化石能源的大量消耗和二氧化碳氣體排放的持續增加，將生物質轉化為各類高性能的生物基燃料近年來受到了科學界的高度重視。其中，生物質經過快速熱裂解得到的液體生物油由於工藝簡單、原料適應性強、產率高等優點，被廣泛認為是未來一種具有極大潛力的生物基液體燃料。由於直接得到的生物油產品中含有大量的水，這不僅嚴重降低了生物質的品質，也給其後續的精製加工過程帶來不利影響。針對傳統的蒸餾技術受限於生物油的熱敏性和高能耗等問題無法有效運用於生物油體系的脫水分離，本研究首次提出了採用新型膜分離技術以實現常溫下生物油的高效脫水。合成的沸石分子篩膜顯示了優異的分離選擇性，但在生物油這一複雜多組分體系的分離過程中面臨著嚴重的膜污染問題，從而導致了極低的滲透通量。一方面，研究了沸石膜的再生且有效的降低了長期運行過程中膜污染對沸石膜分離性能的影響。另一方面，提出了構建對吸附分子能產生回響的新型孔道以實現孔道大小自動調節的新思路，從膜材料本身的結構設計來解決生物油滲透汽化過程中嚴重的膜污染問題。開發的新型氧化石墨烯膜分離材料常溫下的滲透通量約為0.45 kg m-2 h-1，滲透側中水和有機酸的質量分數大於98%，膜分離性能在70h內始終保持穩定不變，顯示了良好的耐酸性和抗膜污染性能。上述新型抗膜污染概念的提出為新型高性能抗膜污染材料的設計和開發提供了很好的依據。本研究中關於膜材料的設計、膜滲透機理和膜污染機理的研究為生物油等複雜多組分體系的高效、穩定分離提供重要的技術支撐，有效降低了實際套用中膜分離操作的運行成本，可產生較好的經濟效益。
