农林生物质热解制富酚生物油研究进展

随着化石资源的日益枯竭及其消耗带来的环境污染问题，开发与利用可再生资源得到广泛关注。农林生物质是一种低成本、易得并且分布广泛的可再生资源，其主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，是一种可再生的潜在能源，而农林生物质热解制富酚生物油是一种有前景的高值化转化方式。本综述首先介绍了木质纤维素的热解方式，然后系统介绍了木质纤维素的组成以及生物质种类对木质生物质组成的影响，并深入讨论木质纤维素各主要组分的热解机制并着重介绍制富酚生物油形成路径，以及探讨热解方式和催化剂种类(活性炭、沸石、金属氧化物等)对富酚生物油产率的影响。最后，对木质纤维素热解制富酚生物油的发展方向进行展望。木质纤维素生物质热解制酚类生物油将为化石能源的替代提供一条新的路径，为国家“碳达峰、碳中和”战略提供理论支持。     

生物质的热解及生物油提质的研究进展

热解是目前生物质能源化的主要方法,生物质热解技术已得到广泛研究。基于文献资料,总结了不同种类的简单生物质（蛋白质、糖类、木质素）和复杂生物质（藻类、秸秆、木屑和脂类）热解的主要产物,指出了部分产物在不同条件下的产率变化趋势。同时分析了聚合度对纤维素热解产物的影响,对比了纤维素和半纤维素的热解特点,介绍了木质素中的部分基团对其热解的影响,并分析了热解温度、加热速率以及停留时间对藻类、秸秆、木屑和复杂脂类热解产物的影响。最后介绍了2种生物油提质方法（催化加氢和催化裂解）的特点,对于催化裂解中催化剂提质效果进行了归纳总结。     

微波热解木质生物质的研究进展

随着化石资源的日益枯竭及环境污染问题的日益严峻,开发与利用环境友好的可再生资源受到广泛关注。木质生物质微波热解具有反应速率快、易于控制、安全无污染等优点,但是存在产物分布不均和经济价值不高等问题,严重制约了生物质能的全面与高效利用。系统地介绍了木质纤维素组分的结构,详细阐述了木质纤维素各组分的热解机制,并比较了微波热解与传统热解的差异,探讨了微波热解的影响因素以及微波催化热解木质纤维素的产物分布。此外,介绍不同种类催化剂(碳基材料、分子筛、金属氧化物等)在促进生物质微波热解中的作用,可以高效转化木质纤维素,优化微波热解产物的种类分布,并促进选择性生产特定高值化学品,以实现木质纤维素的资源化和高值化利用。最后,对木质纤维素热解未来研究方向和技术发展进行了展望。     

磺酸负载型碳材料催化水解秸秆木质纤维素的研究

本研究以稻草秸秆木质纤维素为反应原料,开展了磺酸负载型碳材料在水热条件下催化木质纤维素水解产生还原糖的研究,考察了磺酸负载量对催化水解木质纤维素作用的影响,并分析了在改性碳材料催化条件下,反应温度,反应时间,催化剂用量,纤维球磨预处理等因素对木质纤维素水解过程的影响。研究结果表明磺酸负载型碳材料,促进其催化水解木质纤维素的性能。在170℃条件下,催化剂投加量为0.2g,反应时间为9h时为木质纤维素水解和还原糖积累的最优条件。同时在纤维素水解前进行48h的球磨预处理能有效提高木质纤维素的水解和利用效率。     

环境与清洁生产(无污染技术)

X382.1 200402031 生物质催化气化制取富氢燃气的研究/吕鹏梅…(中科院广州能源研究所)∥环境污染治理技术与设备/中科院生态环境研究中心.-2003,4(11). -31-34 环图X-4 以流化床为反应器,探讨了一些主要参数如: 反应器温度、水蒸气、当量比ER以及催化剂对气体成分、氢产率和潜在氢产率的影响。实验所用催化剂为白云石和镍基催化剂。在实验条件范围     

生物反应器填埋条件下垃圾生物质组分的初期降解规律

在经甲烷化填埋层渗滤后的渗滤液循环回灌的新鲜垃圾填埋层内,以生物质分类表征为基础,分析了新鲜垃圾填埋层内固相各生物质组分（总糖、蛋白质、脂肪、纤维素和木质素）的初期降解规律.结果表明,垃圾中原有总糖组分和蛋白质的快速水解发酵是新鲜垃圾填埋后产生高有机质浓度渗滤液的主要机制;脂肪和纤维素的降解产物不是填埋初期高有机质浓度渗滤液的主要来源;纤维素是填埋层稳定产甲烷阶段的主要碳源,其水解速率可能是甲烷化过程的限速步骤;纤维素/木质素之质量比可作为指示填埋垃圾稳定化的指标.各生物质组分的初期降解速率常数均在0.01至0.1之间,而填埋气体中甲烷体积分数在60d内达到45%.食品垃圾组分富集的生活垃圾,应用生物反应器填埋技术时,必须具备足够的降解容量以代谢填埋初期固相中总糖和蛋白质快速水解产生的酸性液相产物.     

生物质基活性炭负载金属催化还原NOx

为研究生物质材料的脱硝性能,利用木质素与纤维素2种生物质基活性炭作为还原剂,用碱金属与过渡金属作为催化活性相,制备了一系列生物质基活性炭负载金属催化剂用于富氧环境中催化还原NO_x,考察了生物质原料种类、炭化温度以及催化剂组分对脱硝效率的影响.结果表明:①当反应温度低于250℃时,炭表面主要是NO_x的吸附过程;而当反应温度高于250℃时,炭还原NO_x行为占主导,并伴随N₂、CO₂与CO的生成.炭化温度对炭反应活性的影响主要依赖于炭化温度对炭材料表面含氧官能团、比表面积以及炭表面金属还原性的影响.②研究中考察的金属（K、Cu、Fe、Ni）均对还原NO_x与O₂有催化作用,其中,K对C-NO_x反应具有明显促进作用,但对C-O₂反应并无明显促进作用,所有样品中SAC-K的选择性因子为0.56,对还原NO_x的选择性最高,且恒温反应过程NO_x还原量（以C计）达到了1 293 μmol/g.③与传统煤基活性炭催化剂相比,木屑基活性炭负载钾催化剂表现出了优良的NO_x还原选择性;X-射线光电子表征结果显示,木屑基活性炭负载钾催化剂优良的性能与其表面钾活性相的高度分散有关.研究显示,相比于煤基炭材料,生物质基炭材料具有更加优异的选择性还原NO_x性能.      

基于湿解技术处理木质纤维类废物的研究

运用木质纤维素固体基质半纤维素、纤维素和木质素定量分析程序等分析检测了不同湿解工况下草坪草和杂草主要组分的化学变化。结果表明,在湿解过程中草坪草和杂草中半纤维素、纤维素的相对含量呈减少趋势;木质素类物质经过衍生和小分子缩合后,其相对含量呈增加趋势;湿解最终产物呈弱酸性,可以用来改良碱性土壤。经过湿解处理的有机物料有机质含量丰富并含有大量腐殖酸,随湿解温度升高,腐殖化程度增加。在湿解过程中有机物料的主要化学组分同时受到热、湿、水解等各种作用,最终形成腐殖质。     

原位生成Fe基催化剂催化木质素快速热解生成单环芳香烃的研究

探讨了铁矿石原位生成的Fe基催化剂对硫酸盐木质素催化热解的情况。研究使用透射电子显微镜对反应前后的催化剂进行表征,以探究催化剂形态变化;通过分段热解反应器联合飞行时间质谱评估催化剂的性能。结果表明,反应前催化剂呈颗粒状,而反应后催化剂几乎烧结。与未还原铁矿石和商业Fe₂O₃相比,还原铁矿石显著促进了单环芳香烃的产生。在最优反应温度550℃下,单环芳香烃的相对含量高达到81%,其中苯、甲苯、二甲苯和三甲基苯的相对含量分别为46%、34%、13%和7%。基于脱羟基和脱甲氧基的反应原理,提出了硫酸盐木质素催化热解的可能途径。使用的低成本铁矿石催化剂有望应用于硫酸盐木质素热解,以生产有价值的生物基芳香烃。     

催化还原脱除地下水中的硝酸盐

本文介绍了催化还原脱除地下水中硝酸盐的原理、催化剂的选择、催化剂的制备等问题。与传统的硝酸盐脱除技术相比，催化还原法具有运行时间短以及管理方便等优势，但是目前催化剂的活性和选择性还不够理想，而且反应过程中还会受到传质等因素的限制。     

催化剂在生物质水热碳化过程中的应用研究进展

在追求废弃物资源化利用的过程中,生物质转化技术受到广泛关注。水热碳化法目前被认为是将高含水率生物质转化为生物炭的最有效技术之一,其与传统的热解炭相比,获得的水热炭具有灰分低、热值高、比表面积大、吸附能力强等特点。然而,生物质原料的差异需要更高的能耗优化,以此提高水热炭产率和性能。添加催化剂可以克服这一问题,对提高原料的反应速率及水热炭热稳定性具有重要意义,但少有文献归纳总结催化剂在生物质水热碳化过程中的应用。将催化剂分为盐类、酸类、金属氧化物、沸石和组合催化5种类型,探讨添加催化剂对水热炭产率和理化性质的影响,分析各类催化剂的催化反应机理,总结其在水热碳化中的催化特点,并讨论了催化剂在生物质水热碳化中未来重点研究方向。     

生物质催化转化与利用科研创新团队简介

<正>生物质催化转化与利用科研创新团队于2019年9月获批广东石油化工学院重点培育科研创新团队。团队现有成员7名,均具有博士学位,其中教授3名,副教授4名。团队具有极强的创新和服务意识,研究基础较好。团队带头人滕俊江教授是广东省"千百十工程"校级培养对象,应用化学省级特色专业负责人,广东省化工学会理事,中国化工学会精细化工青年学者委员会委员,获茂名市科技进步二等奖1项,发明专利授权2件,参编著作1部;主持广东省自然科学基金面上项目、国际科技合作领域项目以及广东提力新材料科技有限公司等企业横向项目5项,发表论文10多篇,其中三大索引收录6篇。团队主要研究领域及特色包括:(1)生物质基平台化合物及液体燃料的制备。通过构建多功能催化剂将纤维素、半纤维素、木质素等定向转化为高附加值平台化学品、液体燃料等,提高目标产物的选择性和转化效率,助力"碳中和"。(2)农林废弃物生物质催化转化。通过构建"催化剂-溶剂"体系将当地典型的荔枝渣、果壳、甘蔗渣等农林废弃物转化为生物油等,提升利用效率,助力"碳达峰"。(3)生物质基功能材料的制备及应用。通过化学修饰的手段将纤维素等生物质进行改性,获取环境友好的功能材料,用于水处理、油水分离等领域,扩大农林生物质资源的利用途径。(4) 3D打印用生物质基光敏材料的制备及应用。将具有可聚合官能团的生物质基平台化学品与光敏特性的组份进行组合,制备具有光敏聚合活性的树脂材料,拓展生物质下游产品在智能制造领域中的应用。     

亲水改性磺酸型碳材料催化纤维素水解研究

该研究以微晶纤维素作为纤维素的模型物,开展了对亲水改性的磺酸型碳材料在水热条件下催化纤维素水解产生还原糖的研究,考察了亲水改性对催化水解作用的影响,并分析了在改性碳材料催化条件下,反应时间、催化剂用量、反应温度等因素对纤维素水解过程的影响。研究结果表明碳材料的亲水改性能提高催化剂表层的亲水性能,从而提升其催化水解纤维素的性能。在170℃条件下,催化剂投加量为0.2 g,反应时间为10 h时是纤维素水解和还原糖积累的最佳条件。     

抗生素菌渣催化热解特性的研究

为了将生物质转化为高品质的液体燃料,以青霉素菌渣为催化热解实验原料,在温度为400,500,600,700℃下进行热解实验,以生物质油产率最大化为目的,探究最佳热解温度。在此基础上,选用CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5作为催化剂,对青霉素菌渣进行催化热解实验,探究催化剂对生物油催化提质的作用。结果表明:不添加催化剂时,青霉素菌渣在500℃条件下热解所得的生物质油产率达到最高。在此温度条件下,添加催化剂CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5时,生物质油的产率相对降低,但催化热解后生物油中烃类物质含量分别增加8.66,7.41百分点,达到25.34%和24.09%;含氧类物质如醇类、酯类和醛类物质含量分别降低9.68,12.49百分点,为31.74%和30.34%;含氮杂环类物质含量分别降低5.96,12.49百分点,为32.51%和35.07%。天冬氨酸、组氨酸、谷氨酸和中间产物DKP的催化热解实验进一步解释了青霉素菌渣催化热解的机理。     

简青霉(Penicillium simplicissimum)对木质纤维素的降解及相关酶活性特征

简青霉[Penicillium simplicissimum(Oudem.)Thom BGA]能分泌木质纤维素降解酶,其中半纤维素酶、纤维素酶、木质素过氧化物酶、锰过氧化酶和漆酶的最大酶活分别为146.82 Iu·g-1、2.78 U·g-1、47.97 U·g-1、34.56 U·g-1和17.94 U·g-1.实验结果和SPSS统计分析表明,简青霉产木质纤维素酶的能力与木质纤维素的结构有很大的关系,其对木质纤维素的降解可能是几种木质纤维素酶之间协同作用的结果.在30 d的固态发酵中,半纤维素含量与发酵天数呈显著负相关(r=-0.946,P<0.01),纤维素与木质素的降解趋势呈显著负相关(r=-0.818,P<0.05).木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶在降解木质素的同时对半纤维素和纤维素进行协同降解,是非选择性的木质素降解酶.木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶与纤维素酶之间呈显著相关(相关性依次为r=0.922,P<0.01;r=0.807,P<0.05).研究还发现生物吸附在简青霉对液态碱木质素的去除中起到了非常重要的作用.     

催化还原脱除地下水中的硝酸盐

本文介绍了催化还原脱除地下水中硝酸盐的原理、催化剂的选择、催化剂的制备等问题。与传统的硝酸盐脱除技术相比 ,催化还原法具有运行时间短以及管理方便等优势 ,但是目前催化剂的活性和选择性还不够理想 ,而且反应过程中还会受到传质等因素的限制     

DBD低温等离子体气化杨木及模型化合物

本文利用低温等离子体技术,使用介质阻挡放电反应器气化杨木屑、纤维素、木聚糖和木质素,用控制变量法研究了频率、载气对反应系统产气能力的影响以及生物质化学组成的气化特性.结果表明,频率越小、载气电离能越低,气化率越高,杨木的最佳气化率为64.11%;木聚糖和纤维素气化产物相似,较纤维素和木质素产气率更高并且能够产生更多CO;木质素主要生成气化炭.同时,利用SEM、BET对原料及气化炭进行了表征研究得出碱金属在高温下发生结晶;木聚糖在气化过程中会发生熔融;等离子体的高功率以及更多的氧化性物质能够使气化炭比表面积显著增加,达到150.71m²/g.     

生物质焦油裂解用催化剂研究进展

本文综述了不同类型生物质焦油裂解用催化剂的研究进展,重点评述了各类生物质焦油裂解用催化剂的活性组分和催化活性的优劣,指出引起催化剂失活的主要原因之一是积碳效应,最后指出催化剂进一步的研究与发展方向:如抗积碳甚至抗硫中毒的生物质焦油裂解用催化剂的制备及催化反应机理研究。     

阿魏酸降解菌对木质纤维素水解的增效作用

碱预处理是制备生物乙醇过程中不可缺少的过程。然而,在预处理过程中会产生以阿魏酸为主的毒性抑制物,从而影响木质纤维素的水解效率。该文从土壤中筛选出一株高效阿魏酸降解菌HHQ-1,经鉴定为寡养单胞菌属。将HHQ-1在线添加至纤维素碱预处理水解液中,构建阿魏酸降解菌-里氏木霉纤维素降解菌双菌协同降解体系,并研究其对纤维素水解的提升效果。结果表明,60 h时双菌协同降解体系和单菌降解体系的还原糖产量同时达到最高值。双菌降解体系下还原糖产量为221.33 mg/L,比单菌降解体系提高了7.84%。归其原因为阿魏酸降解菌定向脱除了阿魏酸,降低了毒性物质对纤维素水解过程的影响。     

SCR催化剂对汞的催化氧化研究进展

文章综述了目前国内外选择性催化还原(SCR)催化剂催化氧化燃煤烟气中汞的研究现状。介绍了钒基、铜基、铁基、锰基、铈基以及贵金属SCR催化剂对汞的催化氧化性能;分别分析了烟气温度、烟气组分(Cl2、HCl、SO2、NH3等)、空速等因素对各催化剂汞氧化性能的影响;最后运用文献对比方法综合概括了燃煤烟气条件对汞氧化的影响,并结合我国燃煤电厂现状,对SCR催化脱汞技术的发展方向提出建议:利用SCR催化剂实现燃煤烟气中汞的氧化,结合现有污染物控制设备实现汞的脱除,是一种经济、高效的燃煤烟气脱汞技术;当前应深入研究SCR催化剂对汞的催化氧化机理,开发能够实现NOx与汞协同控制的,稳定、高效、普适性强的低温SCR催化剂。