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分段催化热解南酸枣果核与低密度聚乙烯制油的研究

分段催化热解南酸枣果核与低密度聚乙烯制油的研究

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作者：曾子鸿南昌大学

学位级别：硕士

南酸枣果核是南酸枣食品加工中的废弃物,仅有少数被作为活性炭前体材料重新利用,大部分经焚烧或填埋处理,其资源化利用成为亟需解决的环境和能源问题。将南酸枣果核热解制备生物油是生物质资源化利用的常用方法,但生物质热解所制得生物... 详细信息

南酸枣果核是南酸枣食品加工中的废弃物,仅有少数被作为活性炭前体材料重新利用,大部分经焚烧或填埋处理,其资源化利用成为亟需解决的环境和能源问题。将南酸枣果核热解制备生物油是生物质资源化利用的常用方法,但生物质热解所制得生物油中含氧化合物相对含量较高,生物油品质不佳,可与高有效氢碳比(H:C)材料共热解以提高其应用价值。生物质与废塑料催化共热解可有效提升生物油品质、延长催化剂寿命,具有正协同作用效果。但传统催化共热解工艺存在共热解温度过高、共热解原料热解特性差异较大和共热解产物与催化剂相互作用复杂等问题。为突破传统催化共热解制备生物油问题阻碍,本文创新一种分段催化共热解装置,通过GC-MS联用仪检测生物油化学组分,实现原位催化耦合非原位催化共热解制备芳烃的研究。具体研究内容及结论如下:(1)南酸枣果核与低密度聚乙烯(LDPE)共热解特性及动力学研究该部分利用热重分析(TGA)方法对不同加热速率下和LDPE掺入比例下南酸枣果核与LDPE及其混合物热解行为特性进行研究。在10℃/min的升温速率下,南酸枣果核有效促进了LDPE断键,而LDPE导致了混合样品初始热解温度升高。KAS/DAEM和OFW方法计算所得热解动力学参数显示,南酸枣果核与LDPE物料比为1:1的共热解反应活化能较低,协同作用效果较好。(2)分段热解南酸枣果核与LDPE耦合非原位催化实验研究该部分创新了一种分段催化共热解装置,用于研究热解温度和南酸枣果核/LDPE物料比对生物油产率以及化学组分的影响。结果表明,南酸枣果核热解温度分别为450℃、LDPE热解温度为600℃时,是两者产生关键协同物质的最佳温度。在此温度条件下,两者协同生产单环芳烃的选择性最高(51.11 wt%)。另外,研究表明,为充分利用南酸枣果核生物质资源,分段热解系统中南酸枣果核/LDPE物料比为1:1是较为理想的比例。(3)分段原位催化热解南酸枣果核与LDPE耦合非原位催化实验研究该部分在分段催化共热解装置基础上,将原位催化(Fe Cl和MCM-41)与非原位催化(HZSM-5)共热解串联耦合,以南酸枣果核与LDPE特征中间产物协同作用为关键,首先研究了Fe Cl对原位催化热解南酸枣果核的影响,其次探讨了MCM-41原位催化LDPE对分段热解的影响,再分析了分段原位催化耦合非原位催化不同热解阶段的对比,最后将分段热解与传统热解工艺对比,剖析南酸枣果核与LDPE分段HZSM-5非原位催化共热解的反应机理。掺入Fe Cl促进了木质纤维素的断键,并在掺入比例为7%时呋喃化合物的相对含量最高(61.08wt%);MCM-41促进了LDPE的断键,提高了生物油产率,单环芳烃和多环芳烃的相对含量在MCM-41掺入比例为5%时达到最高值(67.11 wt%和8.93 wt%)。HZSM-5非原位催化剂具有脱氧和芳构化作用,在分段催化共热解中,HZSM-5降低了生物油中烯烃的相对含量(从16.88 wt%下降至9.11 wt%),促进了芳烃的生成;相较于传统催化共热解,分段催化共热解极大降低了蜡质的生成(从16.49%降低至2.00%),提高了单环芳烃的相对含量(从58.48 wt%提升至74.73wt%),将化合物碳数范围从C5-C22聚集至C6-C12,并在C8处相对含量最高(37.37 wt%,主要为二甲苯)。综上可说明分段共热解体系能强化协同作用,对生物油的纯化和提质具有重要意义。

关键词：南酸枣果核低密度聚乙烯分段催化共热解协同效应芳烃

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