生物質真空熱解液化及產物分析提質試驗研究

引言：本文歸納了國內外生物質能的利用現狀，并總結了生物質熱解油分析研究的現狀，生物質熱解油必將在燃油市場占有極大的比例。利用GC-MS對松樹鋸末電捕油進行了化學組分分析，實驗結果表明，電捕油和一級熱解油的組成相似，熱解油是由酚、醛、酸、酮類化合物組成的混合物，為以后熱解油的應用提供參考依據。

目前，生物質熱解液化技術作為大規模轉化利用生物質的一個重要技術手段已越來越受到重視[1-4]。生物質的熱化學轉化技術是指在加熱條件下，用化學手段將生物質中的高分子物質裂解成小分子燃料物質或化工原料的技術。國外在生物質真空熱解液化制備生物油方面的研究較多[5]，我國還未見有相關的報道。生物質熱解油是在某一真空度下，以一定的升溫速率（10～100℃/min）將生物質加熱到500℃左右，并使熱解蒸汽停留時間短（1s左右），獲取熱解反應生成的液體產物。GC-MS是色譜質譜聯用分析技術的英文簡稱，GC-MS分析是一種高效能的分離鑒定有機混合物的方法。目前，多采用GC-MS技術對熱解油可揮發性成分進行定性、定量分析推斷真空熱解液化的反應機理。

一、生物油的制取

本實驗室采用松樹鋸末原料在流化床反應器內進行的熱解實驗，熱解溫度、停留時間、進料速率對生物質熱解油的產率有一定的影響。在此熱解裝置上進行了松樹鋸末、花生殼、大豆秸稈等原料的多次熱解實驗，得出了最佳熱解條件，鋸末熱解油的產率達到65.9%，隨后又加以改進，其實驗系統裝置如圖1所示。

實驗室采用松樹鋸末為原料，在流化床反應器內進行熱解電捕獲器為50KV高壓靜電捕獲裝置，連接于分級冷凝系統后，收集一種熱解油，即電捕油。經實驗證實，二、三、四級熱解油水分含量大，可用于重整制氫研究。之前，對一級及二級熱解油的分析己進行了研究，并初步建立了一套分析熱解油的定性及定量分析方法。本文主要對松樹鋸末電捕油進行分析。

二、生物油的GC-MS分析

對松樹鋸末電捕油和一級熱解油進行GC-MS分析，所得離子色譜圖如圖2、3所示，數據處理是采用Agilent數據分析工作站，化合物由NIST08譜庫檢索得到，檢索到的化合物具有高準確度。從離子色譜圖可以看到電捕油出峰時間主要集中在4.017 min至48.239 min之間，可以達到基線分離，且檢測到54種化合物。

由圖2、3可知，色譜圖中峰相對較高的化合物主要是酮、酸、酚類化合物，其中以酚類居多，保留時間在26.814/26.808分的鄰甲氧基苯酚之后，峰形最高的化合物均是酚類。GC-MS定性分析采用極性DB-FEAP毛細管柱，其主要成分是硝基對苯二酸改性的聚乙二醇。本實驗的鋸末熱解油中以輕基丙酮、乙酸、鄰甲氧基苯酚等的含量較高。電捕油的成分都是高含氧量的有機物，需要對其加以精制才能用于做燃料。但兩種熱解油的含水量不同，這主要是由于分級冷凝和電捕獲器收集熱解油裝置的差異所造成的。電捕獲器在分級冷凝系統的后面，經四級冷凝系統，未冷凝的氣體被電捕獲器捕集，故含水量較低，且電捕油的酚、酮、酸等類的組分含量相對較大。從熱解裝置收集熱解油的產率來看，電捕油的收集也將熱解油的產率提高到70%。熱解油的GC-MS分析結果表明，熱解油還可用來提取高附加值的化學品，如鄰甲氧基苯酚，是合成多種原料和香料的重要起始原料。

三、結論

采用GC-MS對電捕油進行分析，經NIST08譜庫檢索，檢測到54種化合物，主要是酚、酸、醛、酮類化合物，其中酚類物質的含量最高。松樹鋸末電捕油中酚類為41.65%，酮類為25.68%，酸類為35%，醛類15.03%。經分子蒸餾精制的木醋液餾分中還含有經基丙酮有害物質，需要進一步精制；另外，木醋液的抑菌殺菌實驗由于時間關系尚未進行，是下一步研究的方向。

參考文獻

[1]陸強，朱錫鋒，李全新，等. 生物質快速熱解制備液體燃料[J]. 化學進展，2007，19（7～8）：1064～1071.

[2]齊國利，王麗，等. 生物質快速熱解制取生物質油[J].太陽能學報，2007， 28（2）： 223～226.

[3]羅永浩，陸方，等. 生物質廢棄物的熱解研究[J].燃料化學學報，2007， 35（3）： 370～374.

[4]楊素文，丘克強. 生物質真空熱解液化技術研究現狀[J]. 現代化工，2008， 28（1）： 22～26.

（作者單位：江蘇大學汽車與交通工程學院）