毕业时间：2014年6月（硕士）

毕业去向：中石化石科院

导师：徐春明 教授； 史权 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

生物质热解液的分子组成及热稳定性研究

 

论文摘要

生物质热解液是一种重要的可再生能源，既可改质作为燃料使用，也可作为重要的化工原料来源，近年来受到较多关注。然而由于生物质热解液稳定性差，容易在储存、运输及使用过程中老化变质，由于在化学组成上对这一复杂体系的研究并不深入，对其稳定性机理缺乏科学认识。因而研究其分子组成和热稳定性具有重要意义。但热解液组成非常复杂，化合物种类多样，传统分析手段仅能分析其中小分子易挥发组分。本文旨在通过气相色谱质谱（GC-MS）、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）技术以其超高的分辨率和准确度能够在等分析手段，从分子层面分析热解液化学组成及其在老化过程中极性不易挥发组分的变化。

本文选取以稻壳原料制备的热解液为研究对象，采用过激老化方式在80℃下密封储存240 h，以ESI FT-ICR MS为主要分析手段，结合气相色谱-质谱联用（GC-MS）等，研究生物质热解液的分子组成及热稳定性。

结果表明稻壳热解液含水量高、含氧量高、高酸值，易挥发组分主要包括酸类、酮类、酚类、呋喃类、酯类、醛类、糖类以及含氮化合物，其中以酚类、酮类和酸类居多，保证了良好的亲水性；极性不易挥发组分分为两类即O2~O18类含氧化合物和N1O3~N1O15类氮氧化合物，等效双键（DBE）数的范围为1~20。

利用传统分析手段对生物质热解液老化前后进行对比，发现在加热24 h内，油品的运动粘度和平均分子量均增加，水含量先降低后减少；加热24-48 h内，生物质热解液开始出现相分离，上层为水相物质，含水量、运动粘度、H/C、平均分子量及易挥发组分均与生物质热解液全油相当，而下层油相物质各性质与生物质热解液差别较大；加热48-240 h内，水相物质水含量增加、粘度降低、平均分子量几乎不变，而油相物质水含量降低、粘度增加、平均分子量增大；在整个热过程中，丁烯醛、烯丙醇、环戊醇、4-乙烯基愈创木酚、5-甲氧基愈创木酚和2,3-二氢苯并呋喃完全反应，检测到有新的丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸烯丙酯和乙酰丙酸甲酯生成。

利用ESI FT-ICR MS对不同老化程度的生物质热解液进行分析发现，在加热24 h内，O5-O8类化合物丰度降低，O9-O14类化合物丰度升高；分层后，上层水相与分层前全油相似，为高O、低DBE、低C组分，下层油相为高O、低DBE、低C组分，与元素分析一致；加热48-240 h内，水相组分和油相组分的O10-O14类化合物丰度同时升高。

关键词：生物质热解液；电喷雾；傅立叶变换离子回旋共振质谱；热稳定性