常压下玉米秸秆多元醇液化的研究及其产物分析

摘要：

利用合适的溶剂液化生物质不仅可以把木质纤维资源转化成液体燃料,还可以将得到的低分子降解产物制备成所需的化学品和化工原料.选用价格低廉的多羟基醇类液化剂进行液化,研究了二甘醇(di-ethylene glycol,DEG)混合1,2-丙二醇(1,2-propanediol,PG)、传统的乙二醇(ethylene glycol,EG)混合PG(均6∶1ω/ω)分别作为液化剂对玉米秸杆液化得率和所得生物油产品性能的影响.并采用气质联用技术(GC-MS)、傅里叶红外光谱技术(FTIR)、热裂解气相色谱-质谱联用技术(Py-GC/MS)和x-射线衍射技术(XRD)对玉米秸秆、生物油及液化残渣的纤维特性进行了分析.结果 表明,当DEG与PG混合液化时,玉米秸秆生物油的得率为98.57％;而EG混合PG时的液化得率为96.08％.GC-MS分析表明,玉米秸秆生物油的主要组成成分为醇类和有机酸类,总含量高达97％以上,而EG混合PG液化所得的生物油中含有有机酸将近60％,这是造成生物油具有酸性和腐蚀性的主要原因,不利于液化反应的进行;利用FTIR检测生物油中一些分子量较大的低聚物的相应官能团,以弥补GC-MS检测的局限性,结果表明了液化体系中生成了很多活泼化学键,提高了反应体系的活性,并且生物油中包含了大量的C-O和C==O官能团,有力地佐证了GC-MS的检测分析结果.对两种液化残渣进行表征,Py-GC/MS结果表明,液化残渣的成分比较复杂,含有一定量非常难降解的大分子物质.这些物质可能是反应后期裂解的小分子重新聚合生成的大分子物质;可能是玉米秸秆本身存在一些不能被液化降解的成分;还有可能是降解的小分子物质与液化剂之间相互反应生成的新的高分子化合物.通过FTIR表明,在液化过程中,液化残渣中纤维素、半纤维素和木质素的特征吸收峰都消失了,表明三大组分的基本结构单元都被破坏,三大组分都发生了液化,并且木质素降解程度最大.利用XRD对液化残渣进行表征,液化破坏了碳水化合物所构成的聚合物晶体结构,导致纤维素大分子被裂解,表明纤维素在液化作用下遭到降解,液化程度高.最终,该实验选取液化效果较好的DEG复配PG作为玉米秸秆液化时的溶剂,这也为玉米秸秆液化生产低成本、高品质的生物油提供了一种高效、环保的工艺流程.

关键词：玉米秸秆、多元醇、液化剂、FTIR、Py-GC/MS

所属期刊栏目：39

分类号：S216.2(农业动力、农村能源)

资助基金：国家自然科学基金项目21576213

在线出版日期：2019-07-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：1517-1523