毕业时间：2012年6月（硕士）

毕业去向：中国石油河北寰球工程有限公司

导师：徐春明 教授 史权 副教授

学科专业：化学工艺

研究方向：石油与天然气加工

 

学位论文题目

生物质热解油中杂原子化合物的分子组成研究

Compositional Analysis of Heteroatom Compounds in Biomass Fast Pyrolysis Oil

 

论文摘要

作为重要的可再生能源，生物质热解油既可改质作为燃料，也可提取重要化工原料，因而研究其分子组成具有重要意义。但热解油组成非常复杂，几乎囊括了所有含氧化合物，传统手段仅能分析其中小分子易挥发组分。傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR MS）结合电喷雾电离（ESI）技术能够在分子水平上为分析热解油中大量存在的极性不易挥发组分提供强有力的分析工具。

本文选取红松、白松和玉米秸秆热解油为研究对象，采用溶剂萃取和高效液相色谱（HPLC）相结合的分离方式，以气相色谱-质谱联用（GC-MS）和ESI FT-ICR MS为主要分析手段，研究生物质热解油及其亚组分中易挥发组分和极性不易挥发组分的分子组成以及分布特征。

红松、白松、玉米秸秆热解油具有相似的物理性质和化学组成：高含水量、高含氧量、高酸值，且含有较大量易挥发组分；小分子易挥发组分主要包括酸类、醛类、酮类、酚类、呋喃类、酯类、糖类以及含氮化合物，其中以酸类、酮类和酚类居多；热解油中极性不易挥发组分分为两类即O2~O17类含氧化合物和N1O3~N1O14类氮氧化合物，等效双键（DBE）数为1~22。

利用溶剂萃取热解油分成正己烷可溶物（HS）、水可溶-乙醚可溶物（ES）、水可溶-乙醚不溶物（EIS）、水不溶-二氯甲烷可溶物（DS）和水可溶-甲醇可溶物（MeS），并用负离子ESI FT-ICR MS对亚组分进行分析。研究发现HS组分分子量分布偏低，且含氧量最低；ES和DS组分平均分子质量较高，含氧量中等；EIS组分含氧量最高，DBE值最低；MeS组分平均分子质量最高，且DBE值最高；还发现EIS组分含氧化合物DBE-碳数分布与热解油较接近，为极性最强亚组分。

为进一步了解EIS组分中极性化合物的分子组成信息，利用HPLC对红松EIS组分进一步分离，按照停留时间长短将其分成4个亚组分，并利用负离子ESI FT-ICR MS对其进行分析。分析发现停留时间越短、极性越强的亚组分，其含氧量越高；EIS的D BE-碳数分布与其极性最强的亚组分SubEIS-1相似。

关键词：生物质热解油；电喷雾；傅立叶变换离子回旋共振质谱；杂原子化合物

 

发表学术论文

1. [1]Liu Y, Shi Q, Zhang Y, He Y, Chung KH, Zhao S, Xu C. Characterization of red pine pyrolysis bio-oil by gas chromatography-mass spectrometry and negative-ion electrospray ionization fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. Energy and Fuels. 26. 7 ed.; 2012:4532–9.