改性固体超强酸催化剂的制备及催化液化竹材

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liying09
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近年来,世界能源危机的形势一直不容乐观。伴随着人口大幅增长与经济飞速发展的同时,资源的日益匮乏与环境的严重恶化已经岌岌可危,特别是矿石燃料的逐渐消耗殆尽,能源的争夺日益激烈,人们对新型能源和绿色环境的渴望日益强烈。在我国,生物质资源不仅种类繁多、分布广泛,而且数量庞大,可以用来利用的资源非常多。在众多的大规模生物质利用方法之中,直接液化法是一个比较有效的方法。竹子作为一种重要的非木材植物纤维原料,具有生长周期短,生命力旺盛容易成活的特点,本文采取易得的毛竹作为原料,以自制的改性固体超强酸为催化剂,筛选醇溶液作为溶剂液化毛竹制取生物油。分析了镧元素添加量、浸渍硫酸浓度、浸渍时间、焙烧温度四个因素对催化剂制备的影响,并探讨了改性固体超强酸催化液化毛竹的最佳工艺。实验表明通过不同的表征手段分析得到固体超强酸SO42-/ZrO2-La2O3的最佳制备条件为:镧元素掺杂量为4%、浸渍硫酸浓度为1.2mo1.L-1,硫酸浸渍时间为3h,焙烧温度为550℃。催化性能表征表明此制备条件下催化剂的活性和稳定性较好,可以连续使用5次以上寿命良好。对催化剂SO42-/ZrO2-La2O3的红外表征表明此催化剂是固体超强酸,形成的超强酸中心数较多,表面活性较强,此固体超强酸是桥式双配位的结构;催化剂的XRD谱图表明Zr02是稳定的四方晶相(T相),由Scherrer公式D=0.89λ/(βcosθ)计算ZrO2的晶粒平均大小D=40.4nm,属于纳米级催化剂;催化剂的热重表征结果表明固体酸催化剂在室温-200-C间失重的主要原因是由于催化剂表面附着的水分脱附作用,400~800℃间失重的主要原因是由于催化剂孔隙中吸附的一些硫酸根分解作用;催化剂的比表面分析表明催化剂的比表面积和平均孔径较大,有利于传质的进行。以毛竹为原料在间歇式高压釜中反应,固体酸SO42-/ZrO2-La2O3为催化剂,乙二醇为溶剂的最佳液化条件为:反应温度250℃、料液比1:12.5、催化剂用量为8%、反应时间3.5h,在此工艺下毛竹的液化率为93.48%。进行三次重复稳定性实验的平均液化率为93.44%,表明此工艺条件下试验的结果是正确可靠的。催化剂回收利用,连续液化5次仍不失活,表明固体超强酸的活性较好,可以多次使用。对液化产物表征可知:气体产物含有H2、CO、CO2和CH4四种气体;液体产物的组分包括酸、酚、酯、醇、酮、醛、含氧化合物等各种各样复杂的多官能团有机物;固体产物的IR分析表明纤维素、半纤维素和木质素几乎反应完全。
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