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药渣衍生改性燃料:热化学转化规律与机制

化工进展 2025年第1期44卷 477-489页

作者：梁学斌卫怡琳周哲宁詹昊曾志勇冷立健彭好义中南大学能源科学与工程学院湖南长沙410083

当前,我国制药产业蓬勃发展且增速迅猛,其工艺过程会不可避免地产生大量药渣,主要分为中药渣和抗生素菌渣两类,具有资源和废物双重属性。实现药渣的清洁高效资源化,在保护环境和节约资源层面,对于国家、行业和企业均具有积极意义,能源... 详细信息

当前,我国制药产业蓬勃发展且增速迅猛,其工艺过程会不可避免地产生大量药渣,主要分为中药渣和抗生素菌渣两类,具有资源和废物双重属性。实现药渣的清洁高效资源化,在保护环境和节约资源层面,对于国家、行业和企业均具有积极意义,能源化利用是目前技术水平下最直接有效的途径。本文围绕热化学转化策略,以固、气、液燃料为目标产物,综述了目前两类药渣的热化学转化特点与影响因素、过程组分演化机制、产物特性规律等相关研究进展。现有研究结果表明,药渣的高水、富氮和丰氧等缺陷属性,是制约其清洁高效能源化的主要障碍。脱水、烘焙等预处理手段,通过基于水、碳、氮组分迁移演化调控的提质降氮机制,可强化药渣衍生固体燃料性能,但效果有限,同时会带来二次副产物的处置问题;热解、气化或水热液化等手段,可将药渣转化为具有更高能量密度的气液燃料,但反应中如氮、氧、灰等有害/无用组分在各相的演化和赋存机制,会不同程度地降低相应衍生燃料的品质或产率。因此,未来的研究应从探索更经济环保的热化学策略角度来解决上述缺陷属性,以实现药渣到衍生高值燃料的清洁高效转化。此外,通过现有结论的对比,提出了水热与后续热化学手段的耦合联用,可作为药渣全质清洁资源化的潜力方向。

关键词：药渣热化学转化生物燃料缺陷属性水热

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生物质热化学转化提质及其催化剂研究进展

化工学报 2020年第8期71卷 3416-3427页

作者：仉利姚宗路赵立欣李志合易维明付鹏袁超山东理工大学农业工程与食品科学学院山东淄博255000 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 齐鲁工业大学食品科学与工程学院山东济南250000

生物质通过热化学转化制备高品质生物油和高附加值精细化工品是未来工业发展的重要方向,是解决能源短缺、实现碳的闭路循环的有效方式,如何提升生物质热化学转化品质和效率是目前学术界和工业界关注的热点。本文介绍了不同技术路径下的... 详细信息

生物质通过热化学转化制备高品质生物油和高附加值精细化工品是未来工业发展的重要方向,是解决能源短缺、实现碳的闭路循环的有效方式,如何提升生物质热化学转化品质和效率是目前学术界和工业界关注的热点。本文介绍了不同技术路径下的生物质热化学转化研究进展,重点阐述了催化热解、水热催化、化学链转化三种方式的反应机理及其催化剂类型,讨论了生物质热化学转化提质策略。最后,针对生物质热化学转化目前尚存在的问题提出建议,期望为生物质高值化利用提供参考和借鉴。

关键词：生物质热化学转化提质催化剂催化热解水热催化化学链转化

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生物炭催化生物质热化学转化利用的研究进展

化工进展 2020年第4期39卷 1302-1307页

作者：毛俏婷胡俊豪姚丁丁杨海平陈汉平华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

热化学转化是生物质高值化利用技术中最具前景的技术之一,在此过程中引入催化剂可进一步提高反应速率及目标产物产率。生物炭由于具有较发达的孔隙结构和丰富的含氧官能团,近年来开始被应用于生物质热化学转化。本文简述了生物炭催化相... 详细信息

热化学转化是生物质高值化利用技术中最具前景的技术之一,在此过程中引入催化剂可进一步提高反应速率及目标产物产率。生物炭由于具有较发达的孔隙结构和丰富的含氧官能团,近年来开始被应用于生物质热化学转化。本文简述了生物炭催化相关特性,介绍了生物炭作为催化剂催化生物质热化学转化为高品质生物油、气体燃料及催化焦油脱除的相关研究,总结了生物炭原位催化和非原位催化时的转化机理,讨论了生物炭活性位点作用与失活情况,描述了生物炭作为载体时与负载金属粒子间的相互关系,指出应进一步深化对生物炭催化生物质热化学转化利用机理的系统研究,通过调控生物炭物化结构和活性位点,以实现生物质热化学转化过程中较高的目标产物选择性、稳定性和经济性。

关键词：生物炭催化负载生物质热化学转化

双碳时代下多源生物质热化学转化资源化利用研究进展

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洁净煤技术 2024年第3期30卷 1-20页

作者：陆强谢文銮胡斌刘吉张镇西李凯华北电力大学新能源发电国家工程研究中心

生物质是唯一的可再生碳资源，具有来源广泛、储量丰富等显著优势，利用先进的生物质热化学转化技术，可获得多种高值燃料、化学品和碳基材料，进而实现对化石资源的部分替代，在新能源领域具有重要的战略地位和发展前景。尽管生物质能... 详细信息

生物质是唯一的可再生碳资源，具有来源广泛、储量丰富等显著优势，利用先进的生物质热化学转化技术，可获得多种高值燃料、化学品和碳基材料，进而实现对化石资源的部分替代，在新能源领域具有重要的战略地位和发展前景。尽管生物质能源化利用技术已取得长足发展，但伴随社会与科技飞速进步，生物质的范畴已不再局限于传统农林废弃物，而是涵盖了农林源、工业源和生活源等多种来源的有机废弃物。复杂组成结构和差异化热分解特性为生物质的高选择性和大规模转化带来严重阻碍，如何实现其高值资源化利用仍面临诸多挑战。论述了生物质热化学转化技术发展现状，从多源生物质组成与热分解特性出发，针对热转化产物品质低和选择性差等问题，对比分析了当前选择性热解制备高值产物、热解重整制氢、新型气化等多种前沿资源化利用技术的最新研究成果与发展趋势。然而，要推动双碳时代下多源生物质热化学转化技术的进一步发展，仍需重点关注以下方面。首先，规模化利用是未来发展的必然趋势，开发高效的催化工艺与反应装备至关重要。通过突破催化剂效率瓶颈与循环再生技术，降低催化运行成本，同时研发新型热转化反应设备，优化传热与抗结焦性能，实现目标产物的定向富集，配合高效的原料收储运策略，从全流程提升生物质热化学转化工业化生产经济性。其次，全组分转化是实现生物质高值利用的关键。通过深入研究生物质不同特征组分分解机理和协同转化机制，开发耦合多重预处理、定向热转化和精准分离冷凝等技术，将生物质原料转化为富含高值化学品的生物油、高品质可燃气和高性能炭材料，实现热解多联产综合利用，有效提高技术资源产出率。最后，多能互补也是未来重要发展方向。通过将生物质与其他清洁能源与电力进行有效整合，充分发挥生物质热分解产物的长周期化学储能特性，构建灵活的多能互补供应体系，实现新能源产业的多维发展与经济效益提升。

关键词：多源生物质双碳热化学转化热解气化

来源：博看期刊

微藻热化学转化制取生物质油催化剂的研究进展

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安全与环境学报 2015年第2期15卷 246-250页

作者：张景来张圣迪王钰舟陈龙孙衍卿杨雷中国人民大学环境学院北京100824

微藻生物质能源被认为是可以有效解决能源危机的第三代生物质能源。以微藻为原料,通过热化学转化的方法制取生物质油是微藻能源利用的研究热点。综述了微藻热化学转化中催化剂的研究进展,包括碱金属盐催化剂、分子筛催化剂、过渡金属催... 详细信息

微藻生物质能源被认为是可以有效解决能源危机的第三代生物质能源。以微藻为原料,通过热化学转化的方法制取生物质油是微藻能源利用的研究热点。综述了微藻热化学转化中催化剂的研究进展,包括碱金属盐催化剂、分子筛催化剂、过渡金属催化剂等,并提出了该研究的发展方向。

关键词：环境科学技术其他学科微藻催化剂热化学转化生物质油

生物质热化学转化过程中碱金属分布及迁移特性

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新能源进展 2023年第3期11卷 228-238页

作者：曹晋曾魏国强袁浩然林延杨希贤邓丽芳张声森中国科学院广州能源研究所广州510640 中国科学院可再生能源重点实验室广州510640 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室广州510640 华南农业大学生物质工程研究院广州510642

生物质能源具有分布广泛,总量巨大,H/C比高的优点。对其充分利用可有效缓解当下的化石能源危机,还可以为“碳达峰”及“碳中和”目标做贡献。但在其综合利用过程中,其中含有的碱金属元素会带来诸多问题,严重制约生物质热化学转化利用的... 详细信息

生物质能源具有分布广泛,总量巨大,H/C比高的优点。对其充分利用可有效缓解当下的化石能源危机,还可以为“碳达峰”及“碳中和”目标做贡献。但在其综合利用过程中,其中含有的碱金属元素会带来诸多问题,严重制约生物质热化学转化利用的发展。主要综述生物质热化学转化过程中碱金属的迁移特性,对生物质热转化中碱金属分析理论技术、生物质中碱金属含量及赋存形态、碱金属迁移转化影响因素进行论述,并对生物质内碱金属元素的赋存形态区分、碱金属释放的原位检测技术以及碱金属迁移转化过程中各反应之间竞争及促进作用进行总结和展望。

关键词：生物质热化学转化碱金属迁移转化机理

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生物质流化床热化学转化模拟研究专题序

力学与实践 2022年第4期44卷 818-819页

作者：库晓珂王金张润辉浙江大学工程力学系杭州310027

生物质具有可再生、可产油产气、全生命周期CO近零排放等优点,而且其原料来源广泛、利用方式与煤炭接近,可用于发电或家用取暖设施,是未来全球化石能源的重要替代品之一。高效开发利用生物质能,对于促进能源供给结构低碳转型,缓解能源紧... 详细信息

生物质具有可再生、可产油产气、全生命周期CO近零排放等优点,而且其原料来源广泛、利用方式与煤炭接近,可用于发电或家用取暖设施,是未来全球化石能源的重要替代品之一。高效开发利用生物质能,对于促进能源供给结构低碳转型,缓解能源紧张,助力实现“双碳”目标都有着重要意义。

关键词：能源供给结构全生命周期热化学转化生物质能近零排放化石能源低碳转型替代品

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基于热化学转化的烟杆废渣资源化技术研究

基于热化学转化的烟杆废渣资源化技术研究

作者：李宇昆明理工大学

学位级别：硕士

云南省的烟草产业一直处于国内领先地位,然而随着行业的发展,如何处理烟草种植和加工过程中产生的废弃物逐渐成为一个不容忽视的问题。其中,烟杆作为烟草生产过程中最大的残留废物（约占全株的50%）,目前仍多采用直接还田或焚烧的方式... 详细信息

云南省的烟草产业一直处于国内领先地位,然而随着行业的发展,如何处理烟草种植和加工过程中产生的废弃物逐渐成为一个不容忽视的问题。其中,烟杆作为烟草生产过程中最大的残留废物（约占全株的50%）,目前仍多采用直接还田或焚烧的方式进行处理,造成了严重的环境污染和资源浪费。事实上,烟杆是一种富含木质纤维素的生物质资源,具有分布资源广、价格低廉和再生性强等优点,是生物质精炼领域的一种潜在优质原料。然而,与玉米秸秆等禾草类秸秆原料相比较,烟杆具有杆茎粗大坚韧、木质化程度较高的特性,限制了其综合利用的发展途径。因此,开发高效、清洁的烟杆资源化利用技术是促进云南省烟草行业可持续发展的关键一环。热化学转化技术（主要包括燃烧、热解和溶剂热转化等方法）已被认为是将生物质资源转化为燃料或高附加值生物基化学品的有效手段。在这些方法中,直接燃烧法由于利用率低和高污染而不被考虑。对于烟杆来说,通过高温热解技术制备烟杆基生物炭,可以将其内复杂的化学成分（含氮、含氧化合物）转化成丰富的表面官能团,成为一种优良的催化剂前驱体;而采用溶剂（水）热转化技术,可以在低温碱性条件下将烟杆的生物质组分选择性分离,得到高纯度的纤维素、半纤维素和木素等高值化学品。因此,采用不同的热化学转化技术处理烟杆废弃物,可以实现烟杆的多元化利用,从而提高烟杆生物质资源的利用率。基于以上分析,本文利用上述两种热化学转化技术,对烟杆的不同资源化过程进行研究。具体内容如下:首先,在500 ~oC的炭化温度和800 ~oC的活化温度下热解烟杆原料制备多孔生物炭,其比表面积、平均孔径和总孔体积分别为1801 m/g、4.33 nm和0.23 m/g。随后,通过负载一定量的-SOH基团和Fe作为Br?nsted和Lewis酸位点,制备得到双功能固体酸催化剂,并将其应用于催化蔗髓全组分液化转化为糠醛（FF）、5-羟甲基糠醛（5-HMF）和乙酰丙酸（LA）的实验当中。催化剂的表征结果显示,在负载酸性位点的过程中,烟杆生物炭的表面发生部分溶解和孔隙网络的重组,形成类似胸腔骨架的不规则结构,而负载的酸性基团主要分布在生物炭的微孔和中小孔结构中。此外,还对反应溶剂（γ-戊内酯和水组成的共溶体系）的作用进行了研究,当溶剂比例为29:1时,得到了最高94.53%的蔗髓液化率和105.3%、26.32%、28.06%的FF、5-HMF、LA得率。通过DFT计算证明了,少量水的存在能够增加反应体系的相互作用能和溶解度,促进反应动力学。催化机理的探究表明,液化过程中有部分六碳糖转化为五碳糖并进一步转化为FF,从而导致超高的FF得率。其次,设计了一种多级氧碱水热处理工艺,在120 ~oC的条件下实现了烟杆中纤维素、半纤维素和木素等组分的有效、清洁分离。实验结果表明,与传统的热碱工艺相比,从新工艺中获得具有相对较高的纤维素产率（38.48%）和白度（42.0%ISO）。另外,烟杆纤维的微观形貌和晶体结构显示,在氧/碱性环境中碳水化合物的末端发生严重的剥皮反应和氧化降解反应,破坏了纤维素晶体结构,有利于后续进行酶促糖化利用。此外,从反应液中分离出主要有机物,如半纤维素、木素和小分子提取物,产率分别为22.3%、11.8%和36.03%。化学表征显示,提取出的木素具有相对较高的分子量和丰富的β-芳基醚键,可以通过解聚策略生产聚合材料或生物燃料/化学品;而小分子提取物主要由木素/多糖降解产物和天然烟草中的生物活性化合物组成,经过精炼过程后能够获取高价值的功能性化学品或药物成分。

关键词：烟杆热化学转化固体酸催化剂平台化合物纤维素纤维木素结构

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废弃生物质热化学转化为生物燃料的研究

废弃生物质热化学转化为生物燃料的研究

作者：胡莹南昌大学

学位级别：硕士

全球面临化石能源枯竭和温室气体排放的问题,而生活中的能源和化学品主要来自于化石燃料,因此迫切需要寻找一种可替代的资源来满足需求。生物质作为自然界唯一可再生碳源,来源广泛、价格低廉,被认为是最有潜力的可替代的资源。常见的废... 详细信息

全球面临化石能源枯竭和温室气体排放的问题,而生活中的能源和化学品主要来自于化石燃料,因此迫切需要寻找一种可替代的资源来满足需求。生物质作为自然界唯一可再生碳源,来源广泛、价格低廉,被认为是最有潜力的可替代的资源。常见的废弃生物质资源有农业和林业废弃物/残渣、食品加工废弃物和城市固体废物等。超富集植物(富含重金属)含有大量的木质纤维素,畜禽粪便含有大量的脂质、蛋白质和木质纤维素,花生渣作为食品废弃物含有丰富的蛋白质和脂质,这些废弃生物质均是潜在的生物质资源。热化学法是用来将废弃生物质转化为生物燃料的重要技术,可在密闭条件下将超富集植物、禽类粪便和食品废弃物转化为高质量的生物燃料,并且各组分均可被收集,不会造成环境污染。本课题的研究主要集中在以下两个方面:(1)首次采用多功能均相催化剂把富含重金属的超富集植物-蜈蚣草催化氢解转化为优质生物燃料,实现超富集植物的有效处理和高值化利用。蜈蚣草在预处理去除脂质和木质素后,超过64%的重金属转移到水中,固体生物质中的As含量从1328 mg/kg降低到483 mg/kg。在多功能催化剂Rh Cl/Na I/HCl/H和甲苯-水双相反应体系下,高选择性将蜈蚣草转化为生物燃料,主要产品为高HHV值的C5、C6的呋喃和低氧酮。在最佳反应条件(160℃、4 h、300 psi H、4 mmol Na I、HO/甲苯=1:1)下,生物燃料产量为18.8 wt.%。反应后生物炭中残留50%以上的重金属(Cu、Pb、Zn、Cd、As),而生物油中的重金属不到20%(As含量小于55 mg/kg),有利于高质量的生物燃料的生成和重金属砷的回收。(2)首次将畜禽粪便(牛粪)和食品废弃物(花生渣)进行共液化,旨在获得优质的生物油和生物炭,最大限度地资源化废弃生物质。通过调节封闭系统中两种生物质的比例,控制反应中产物的分布,从而获得高碳氢、低氧氮含量的生物燃料。在最佳反应条件下(270℃,30 min,CM/PR=1/3),生物油(23.5wt.%)和生物炭(18.5 wt.%)的总收率最高,HHV值分别为31.74 MJ/kg和15.42MJ/kg。共液化过程中发生了Millard和Mannich反应,生物炭的产率和生物炭中的碳、氢、氮的实验值均高于计算值,体现了共液化过程对生成高质量生物炭的协同作用。本研究还探讨了共液化过程中碳和氮的迁移转化和能量回收率,发现生物油和水相中的氮向生物炭转移。共液化后产物的能量回收率(生物油和生物炭)均高于计算值,表明花生渣和牛粪的协同作用促进了共液化产品的能量回收,有利于提高生物油的品质。

关键词：热化学转化废弃生物质生物燃料催化氢解碘离子