课题基金基金详情
基于组分解耦的生物质热溶萃取脱氧脱灰过程反应机理及动力学研究
结题报告
批准号:
51906024
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
朱贤青
依托单位:
学科分类:
E0607.可再生能源与新能源利用中的工程热物理问题
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
生物质热溶萃取技术能够在温和条件下同时实现生物质的深度脱氧和脱灰,是一项非常有应用前景的生物质预处理提质技术。然而,生物质的复杂组成和结构导致生物质热溶萃取转化过程十分复杂,其转化反应机理及动力学特性尚不清晰,制约了生物质热溶萃取技术的发展。基于此,本项目将生物质解耦成主要有机组分(纤维素、半纤维素和木质素)以及少量无机组分(主要为碱金属和碱土金属)。首先,揭示热溶萃取反应条件下纤维素、半纤维素和木质素热解聚反应机理及三组分交互作用机制。然后,获得碱金属和碱土金属对生物质热溶萃取过程的影响规律及其迁移转化规律。在上述研究基础上,建立生物质中三组分和碱金属和碱土金属与萃取产物收率、组成及理化特性的关联关系,揭示生物质复杂大分子在热溶萃取过程中的反应机理,建立包含三组分交互作用和碱金属和碱土金属影响规律的热溶萃取转化过程的动力学模型,最终形成萃取产物收率、理化特性和品质的预测及定向调控方法。
英文摘要
Degradative solvent extraction of biomass can achieve deep deoxygenation and deashing of biomass simultaneously under mild conditions, and it is a very promising pretreatment and upgrading technology for biomass. However, the complex composition and structure of biomass result in the conversion process of degradative solvent extraction of biomass rather complicated. The reaction mechanism and kinetics of degradative solvent extraction of biomass is still unclear, which restricts the development of biomass degradative solvent extraction technology. Therefore, this project decouples biomass into major organic components (cellulose, hemicellulose and lignin) and a small amount of inorganic components (mainly alkali and alkaline earth metal). Firstly, the mechanism of thermal depolymerization of cellulose, hemicellulose and lignin and the interaction mechanism between the three components under degradative solvent extraction conditions will be revealed. Then, the influence of alkali and alkaline earth metals on the degradative solvent extraction process of biomass and the migration and transformation of alkali and alkaline earth metal will be obtained. On the basis of the above researches, the relationship between three components and alkali and alkaline earth metal in biomass with the yield, composition and physicochemical properties of the extraction products will be established. The reaction mechanism of the biomass complex macromolecules under degradative solvent extraction conditions will be revealed. The kinetic model of the degradative solvent extraction of biomass including the interaction of the three components and the effect of alkali and alkaline earth metal will be developed, and finally the prediction and directional regulation methods for the yield, physicochemical properties and quality of the extraction products will be developed.
生物质热溶萃取技术能够在温和条件下同时实现生物质的深度脱氧和脱灰,是一项非常有应用前景的生物质预处理提质技术。然而,生物质的复杂组成和结构导致生物质热溶萃取转化过程十分复杂,其脱氧提质机理尚不清晰。基于此,本项目将生物质解耦成主要有机组分(纤维素、半纤维素和木质素)以及少量无机组分(主要为碱金属和碱土金属AAEM)。(1)揭示了纤维素、半纤维素和木质素三组分间交互作用机制。发现热溶萃取过程中纤维素与木质素、半纤维素与木质素之间存在着显著的交互作用,而纤维素和半纤维素之间交互作用则很微弱。纤维素和半纤维素均可促进热溶萃取过程中木质素的降解。三组分之间的交互作用会抑制萃取物生成过程中的芳香化反应并降低萃取物的芳香度,但促进了脱羧反应以生成更多的CO2。(2)明晰了AAEM对生物质热溶萃取脱氧提质过程的影响机制。发现AAEM种类和含量均对萃取产物的收率有显著影响。四种AAEM对生物质热溶萃取过程的影响程度排序为:K > Ca > Na > Mg。碱金属K和Na主要促进萃取物向低分子量的气体产物和液体产物转化,而碱土金属Ca和Mg则主要通过促进生物质大分子热解聚降解为萃取物。K、Na、Ca和Mg可促进生物质热溶萃取过程中的脱羧反应并抑制芳香化反应。(3)明晰了AAEM对三组分热溶萃取过程的影响机制。发现AAEM对纤维素热溶萃取过程影响最为显著。相比于CH3COOK,KCl对纤维素热溶萃取过程影响更为显著。KCl和CH3COOK均会通过促进脱羰反应增大纤维素热溶萃取气体产物收率。提高萃取温度时,KCl能够进一步促进纤维素萃取物降解为小分子量的液体产物和气体产物。(4)揭示了热溶萃取预处理对生物质吸水特性和自燃倾向的影响机制,建立了生物质萃取产物自燃动力学分析方法,阐明了热溶萃取预处理对萃取产物自燃动力学特性的影响规律。基于项目研究成果,发表了SCI论文9篇、国际会议论文6篇,申请发明专利5项。培养了博士/硕士研究生6名。本项目的顺利开展可助力于推动低品位生物质高效预处理提质技术的发展。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.fuel.2020.118843
发表时间:2020-12
期刊:Fuel
影响因子:7.4
作者:Liu Man;Zhu Xianqing;Chen Rong;Liao Qiang;Xia Ao;Huang Yun
通讯作者:Huang Yun
Efficient recovery of valuable metals from cathode materials of spent LiCoO2 batteries via co-pyrolysis with cheap carbonaceous materials
通过与廉价碳质材料共热解从废旧 LiCoO2 电池正极材料中有效回收有价金属
DOI:10.1016/j.wasman.2022.05.017
发表时间:2022
期刊:Waste Management
影响因子:8.1
作者:Yiming Lai;Xianqing Zhu;Jun Li;Qin Peng;Shiyang Hu;Ao Xia;Yun Huang;Qiang Liao;Xun Zhu
通讯作者:Xun Zhu
Catalytic pyrolysis of biomass with thermal treatment products of spent lithium-ion batteries for the upgrading of bio-oil and syngas
利用废旧锂离子电池热处理产物催化热解生物质,升级生物油和合成气
DOI:10.1016/j.fuel.2022.125018
发表时间:2022
期刊:Fuel
影响因子:7.4
作者:Xianqing Zhu;Zhipeng Shi;Xun Zhu;Yiming Lai;Jingjing Ma;Ao Xia;Yun Huang;Qiang Liao
通讯作者:Qiang Liao
Elucidation of the interaction effects of cellulose, hemicellulose and lignin during degradative solvent extraction of lignocellulosic biomass
木质纤维素生物质降解溶剂提取过程中纤维素、半纤维素和木质素相互作用的阐明
DOI:10.1016/j.fuel.2022.125141
发表时间:2022
期刊:Fuel
影响因子:7.4
作者:Xianqing Zhu;Man Liu;Qintao Sun;Jingjing Ma;Ao Xia;Yun Huang;Xun Zhu;Qiang Liao
通讯作者:Qiang Liao
DOI:10.1016/j.fuel.2020.117109
发表时间:2020
期刊:Fuel
影响因子:7.4
作者:Zhu Xianqing;Qian Weixiang;Li Xian;Tong Shan;Hu Zhenzhong;Huang Yun;Xia Ao;Yao Hong
通讯作者:Yao Hong
低共熔溶剂组分解离耦合同源催化强化生物质热解定向制备左旋葡萄糖酮的调控机制
  • 批准号:
    CSTB2023NSCQ-MSX1025
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    朱贤青
  • 依托单位:
国内基金
海外基金