【摘 要】
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开发利用生物质能源是实现“碳达峰和碳中和”战略目标的重要手段之一,而藻类由于生长速率快、固碳效率高、环境耐受性好等优点被认为是最具潜力的生物质能源之一。收集的藻类大多含有大量水分,传统热解和汽化利用方案将耗费大量能量干燥水藻,而水热液化技术则可以省去干燥程序将藻类转化为生物油。本文将研究多糖组分含量较高的大型藻类（条浒苔）、富脂类微藻（小球藻）和两种藻类混合物在水热液化条件下转化成生物油的一般规律
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开发利用生物质能源是实现“碳达峰和碳中和”战略目标的重要手段之一,而藻类由于生长速率快、固碳效率高、环境耐受性好等优点被认为是最具潜力的生物质能源之一。收集的藻类大多含有大量水分,传统热解和汽化利用方案将耗费大量能量干燥水藻,而水热液化技术则可以省去干燥程序将藻类转化为生物油。本文将研究多糖组分含量较高的大型藻类（条浒苔）、富脂类微藻（小球藻）和两种藻类混合物在水热液化条件下转化成生物油的一般规律和金属催化剂对水热转化过程的调控机理。主要研究内容如下:首先,对条浒苔、小球藻及两者不同比例混合样的共水热液化产物的产率、组成分布规律开展研究。共水热液化反应温度为350℃,反应时间为30min。结果显示,条浒苔与小球藻共水热液化对生物油产率有协同促进作用。在条浒苔与小球藻混合比例为1/1时,生物油实际产率比理论产率增加了15.02%。另外,共水热液化对生物油的成分组成上也有一定的协同促进作用。共水热液化后,生物油中的烃类含量从0%（1/0）显著增加到16.61%（1/2）,酯类含量也从2.25%（1/0）增加到10.48%（1/3）。由此可见,共水热液化对生物油的品质也起到了积极的调节作用。但生物油中含氮化合物的含量与油产率呈正相关,仍需要进一步研究以脱除生物油中的杂原子。为了进一步提高复合藻基共水热液化制得的生物油品质,本研究采用浸渍法制备了Ni/MCM-41、Mo/MCM-41和W/MCM-41三种单金属负载分子筛催化剂,并将其用于调控共水热液化过程。元素分析和GC-MS结果表明,采用Ni/MCM-41催化剂从共水热液化中获得的生物油具有较高的热值,Mo/MCM-41催化剂在提高生物油中烃类化合物含量和脱羧方面表现出较好的性能,W/MCM-41催化剂在提高生物油中酯类化合物含量和脱氮方面效果最好。此外,为了比较单金属催化剂与双金属催化剂的催化效果,本研究采用共浸渍法制备了Ni-Mo、Ni-W两种双金属负载分子筛催化剂,从不同金属摩尔配比以及不同金属负载量角度来合成催化剂,并结合共水热催化后得到生物油的产率和组分分析探讨催化剂最佳合成条件。结果表明,所有的双金属催化剂都在一定程度上降低了生物油的收率,但提高了生物油的品质,具体表现为促进了生物油中的烃类的生成,降低了生物油中含氮化合物的含量;另外,两种双金属最佳负载情况分别为20%Ni W3/MCM-41、15%Ni Mo3/MCM-41;进一步对比生物油的热值,发现催化剂20%Ni W3/MCM-41比15%NiMo3/MCM-41更能有效提高生物油的品质。本研究采用水热液化技术将微藻与海藻转化为生物油,并在此基础上利用金属负载分子筛催化剂对共水热液化过程进行优化调控以提升生物油品质,进而完善了藻类制备生物油工艺,为实现藻类生物质资源可持续化提供了思路,对碳达峰和碳中和的战略目标实现具有积极意义。
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