近年来,由于人们对能源问题日益关注,对新能源开发的投入日渐加大。生物质能由于其储量高、分布广泛、环境友好而备受关注,微藻作为第三代生物质能源,具有光合作用利用度高,高度自养,CO₂排放少、转化途径多等众多优势。由于微藻水含量高,水热可直接处理湿生物质而成为微藻能源化利用的途径之一。此外水热反应环境较为封闭,灰分的存在会对整个反应体系产生影响,但目前对于天然微藻的水热转化过程中灰分作用的研究非常少。因此,本文为探究灰分对水热体系的影响,以灰分含量为44.47%的天然栅藻为原料,全面分析了不同水热过程参数对三态产物分布及其特性的影响,探讨了天然栅藻水热转化反应途径及产物的利用价值。天然栅藻水热转化过程中,温度对整个反应影响最为显著。研究表明低温下脂质、蛋白质和碳水化合物分解成单体物质,并逐渐发生聚合形成重质油,但温度过高会导致重质油发生二次裂解。水热反应气体产物主要以CO₂为主,同时生成少量CO和烃类气体。蛋白质和酸类在水热过程中发生了剧烈的脱羧基、脱氨反应。固体产物FTIR分析结果表明O-H、C-H和C-O振动峰随温度上升,脱羟基、脱羰及脱氨反应剧烈,温度过高会导致二次分解等现象导致含量降低。重质油多以长链脂肪烃为主,可以考虑作为精炼航空煤油的原料,轻质油中含氮化合物居多,有作为营养液使用的潜力,同时重质油产物中含有诱虫烯等高附加值工业化合物。随后探究了天然微藻最佳水解条件,在300℃、15min⁷5min停留时间、1:5¹:25固液比区间段分别进行水热实验,分析发现短停留时间内蛋白质、脂质及碳水化合物即水解成单体,随后发生脱羧、脱氨、脱羰反应,生成重质油附着在固体上。适当的固液比有利于溶剂与反应物之间充分接触,过高则导致反应物之间能量效率降低,不利于分解。综合实验结果,从产率上看,当温度为300℃,固液比为1:20时,停留时间为30min时,生物油产率最高,为44.74wt%,该实验条件下有利于重质油的生成。但从重质油品质看,当温度为300℃,停留时间为45min,固液比为1:20时,重质油中烃类含量高,含氮量少,该反应条件较优。水热反应有利于除去样品中的Na、K等金属,水热焦基于原样的脱灰效率达20.27²0.84%。当温度为300℃,停留时间为30min,固液比为1:20时,溶水灰分含量最高,为14.15wt%,基于原样的脱灰效率最高达到31.67%,表明该条件下脱灰效果最好。最后,为了揭示灰分在水热过程中的影响,将天然栅藻进行酸洗脱灰处理,然后进行对比实验。随着栅藻灰分含量减少,有机物含量增加,水热后重质油产率与原样基本持平。但在相同温度下,脱灰藻重质油产率有所提高,说明高灰分的存在加速了化合成重质油的进程,并降低了重质油二次分解的速率。当样品中灰分减少时,水热后的轻质油中吡啶、吡嗪及其衍生物等含氮杂环化合物、环戊二烯酮及其衍生物等小分子物质含量明显增加,360℃时酮类物质总量达50.25%,说明灰分有利于抑制蛋白质和碳水化合物的水解。脱灰藻重质油中羧酸含量整体增加,酯含量降低,含氮小分子杂环化合物含量减少,含氮化合物多以长链脂肪酰胺为主,灰分促进了十六烷酸等酸类化合物的生成和酯类的水解,抑制了含氮杂环化合物的生成。灰分减少有利于产物品质的稳定性,H1NMR分析结果表明,脱灰后样品水热重油的脂肪族官能团含量普遍提升保持在50.99⁶2.26%,同时水热焦中有机质含量增多,其中320℃下水热焦O/C最低,为0.13,燃料品质较好。