论文总字数：33589字

摘 要

木质素作为生物质三大组成成分之一，具有非常大的经济利用价值，但由于其结构复杂，长期以来被利用的程度并不高。近年来，随着石油资源的匮乏，木质素快速热解生产生物油技术的研究受到越来越多国内外学者的重视。但是由于木质素直接快速热解所转化的生物油含有大量不同种类的含氧化合物，在品质上远不能达到对石油制品的替代，因而需要在热解条件以及原料预处理方面进行深入探究，以改善生物油的品质。

本文主要就木质素不同预处理方式对其快速热解产物的影响以及预处理方式与热解温度的对应关系进行了探究，分别利用盐酸和硝酸作为试剂对木质素进行预处理，并对预处理前后的木质素进行傅里叶变换红外光谱表征，在固定床上开展不同温度下的快速热解实验，对热解产物进行GC-MS分析，对比生物油的组成成分的变化情况并分析。

实验结果表明，未经预处理的木质素在550℃下热解情况最佳，而经盐酸，硝酸分别预处理的木质素均在500℃下热解情况更好，证明两种预处理方式可有效降低最佳热解温度。在500℃的热解条件下木质素热解生产生物油的GC-MS的谱图中，盐酸组和硝酸组的峰面积分别是未预处理组的2.1倍和1.5倍，证明预处理可有效增加生物油中的小分子产物的量并且盐酸预处理效果最佳；而在生物油的组成上，盐酸组与硝酸组的生物油中醇类含量分别为23.03%和17.30%，远高于未处理组的1.74%，证明与两种处理方法对生物油的品质有明显提升，同样是盐酸预处理效果更佳。通过对预处理前后的木质素进行FTIR表征证明预处理可有效的实现对木质素中的部分化学键实现弱化作用。

关键词： 木质素 预处理 快速热解 GC-MS分析

Abstract

As one of the three major components of biomass, lignin has very large economic utilization value. However, due to its complex structure, lignin has not been used for a long time. In recent years, with the scarcity of petroleum resources, the research on rapid pyrolysis of lignin to produce bio-oil has received increasing attention from scholars at home and abroad. However, due to the direct rapid pyrolysis of lignin bio-oil converted contains a large number of different types of oxygenated compounds, the quality can’t be achieved to replace petroleum products, and therefore need to be in-depth exploration of pyrolysis conditions and raw material pretreatment to improve the quality of bio-oil.

It’s mainly discusses the effect of different pretreatment methods of lignin on its rapid pyrolysis products, and the corresponding relationship between pretreatment methods and pyrolysis temperature. It uses hydrochloric acid and nitric acid as reagents to pretreat lignin and pretreatment. The lignin before and after characterization was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy. The rapid pyrolysis experiments at different temperatures were carried out on fixed beds. The pyrolysis products were analyzed by GC-MS and the composition of bio-oil was analyzed and analyzed.

The experimental results show that the untreated lignin has the best pyrolysis temperature at 550 °C, while the lignin pretreated by hydrochloric acid and nitric acid are better at 500 °C, which proves that the two pretreatment methods can be used. Effectively reduce the optimum pyrolysis temperature. In GC-MS spectra of pyrolysis of lignin to produce bio-oil under pyrolysis conditions at 500°C, the peak areas of the hydrochloric acid group and the nitric acid group were 2.5-fold and 1.5-fold higher than those of the non-pretreated group, respectively. Proving that the pretreatment can effectively increase the biomass The amount of small molecule products in the oil and the effect of hydrochloric acid pretreatment were the best; while in the composition of bio-oil, the alcohol content in the bio-oil of the hydrochloric acid group and the nitric acid group was 23.03% and 17.30%, respectively, much higher than the untreated group. The 1.74% proves that the two treatments have a significant increase in the quality of the bio-oil, as well as a better pre-treatment with hydrochloric acid. Through FTIR characterization of lignin before and after pretreatment, it was proved that pretreatment can effectively achieve partial weakening of some chemical bonds in lignin.

KEY WORDS: Lignin Pretreatment Rapid pyrolysis GC-MS

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 木质素介绍 1

1.2.2 木质素快速热解生产生物油 2

1.2.3 热解反应器介绍 3

1.2.4 预处理方式与影响 3

1.3 课题的研究目的及主要研究内容 4

1.3.1 研究目的 4

1.3.2 研究内容 4

1.3.3 技术路线 5

第二章 木质素预处理及快速热解实验 6

2.1 引言 6

2.2 实验原料 6

2.3 实验设备与分析仪器 6

2.3.1 固定床及其他实验设备 6

2.3.2 实验分析仪器 7

2.4 实验方案设计 9

2.4.1 实验分析仪器 10

2.4.2 木质素快速热解 10

2.4.3 实验产物分析 11

2.5 本章小结 11

第三章 实验数据处理与分析 12

3.1 引言 12

3.2 未处理木质素热解 12

3.3 盐酸预处理木质素热解 15

3.4 硝酸预处理木质素热解 20

3.5 两种预处理方式对比分析 23

3.6 木质素的表征 24

3.7 本章小结 25

第四章 总结与展望 27

4.1 总结 27

4.2 展望 27

致 谢 28

参考文献 29

附录 32

绪论

引言

能源短缺以及环境污染问题始终是影响经济社会发展的重要问题。特别是近年来，随着社会经济的快速发展，化石能源（煤、天然气、石油等）大量消耗所带来的能源危机不可避免的已经开始制约着我国的经济发展。与此同时，空气污染和温室效应的发生也与化石燃料的燃烧密不可分，大量固体颗粒物的生成导致雾霾现象频发，影响我们的生活质量和身体健康。探索环境友好型，可持续利用的替代能源已经已成世界各国的能源领域的主要研究方向。

因此，对于生物质能的合理开发与利用已经被提上日程。我国作一个为农业大国，本身就拥有大量的生物质资源，如秸秆，林业废弃物等。但我国的石油资源十分缺乏，近年来我国石油资源对外依赖程度连年超过50%，对国外石油资源的过度依赖对我国的能源安全造成了巨大威胁。鉴于我国的能源组成的现实情况，探索相应技术实现生物质资源向液体生物油燃料的转化对于我国能源安全具有非常深远的意义。而如何实现部分生物质资源转化为高品质的液体燃料则是一项具有重大意义的研究课题。

国内外研究现状

1.2.1 木质素介绍

我们平时所谈论的生物质主要指农业生产，林业生产中常出现的废弃秸秆，树木等，换言之就是木质纤维素类的生物质。木质纤维素类生物质主要由木质素和纤维素、半纤维素组成，如下表为各组分含量与生物质种类的对用关系。

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