纤维素与木质素共热解行为研究及产物分析

利用热重分析仪和居里点裂解-气相质谱联用仪进行纤维素和木质素共热解实验,研究纤维素和木质素共热解过程中的相互作用及热解产物分布情况.结果表明:纤维素与木质素共热解过程中存在明显的相互作用,与热解温度和混合比例具有一定相关性.纤维素质量分数较低(30%)时,木质素和纤维素共热解时促进残渣的形成,而抑制了气相产物的形成,并提高了酚的相对产率;纤维素质量分数较高(70%)时,木质素和纤维素在共热解过程中相互促进,抑制了固体残渣的形成和非芳基化合物的形成.在低温区(200～320℃),木质素易活化产生小分子,与纤维素共热解时形成相互促进的作用加速了热失重过程;在高温区,纤维素与木质素共热解促进了残渣的形成,抑制了热解过程.     

生物质组分在催化快速热解中的相互影响

对纤维素、半纤维素、木质素及3者不同配比的自配生物质样品进行了热重分析与热解-气象色谱-质谱试验。分析了这3种生物质组分与ZSM-5分子筛进行催化热解反应时的相互影响。结果表明尽管纤维素、半纤维素、木质素初级热解产物不同,但在与ZSM-5分子筛催化热解时最终产物基本一致,主要是芳烃类化合物。然而,木质素组分在催化剂表面形成大量积炭并导致催化剂失活。因此木质素组分会影响纤维素与半纤维素组分在催化热解中的转化,导致生物质的整体转化效率下降,并且抑制作用随木质素含量的提高和反应时间的延长而增强。研究结果表明需要对木质素含量较高的生物质进行预处理,选择性去除木质素,提高生物质整体转化效率,降低催化剂失活。     

木质纤维素生物质组分的催化快速热解

本文以酸性HZSM-5分子筛为催化剂,利用热重分析(TGA)和热裂解-气质联用(Py-GC/MS)等技术考察了生物质的两大组分纤维素和木质素的催化热解过程.氮气气氛下慢速热解的TGA实验表明,纤维素与Kraft木质素分别于285℃和135.7℃开始热解,纤维素热解后的残留量较少,仅为初始质量的8.6%,而Kraft木质素热解后的残留量高达61.9%.氦气气氛下的Py-GC/MS实验表明,纤维素快速热解的主要产物为左旋葡聚糖(LG)、羟基乙醛和羟基丙酮,积碳率仅为5%;Kraft木质素快速热解产物主要为含有不同取代基的酚类化合物,积碳率为50%.催化快速热解的Py-GC/MS实验表明,加入酸性HZSM-5分子筛可以使生物质热解产物实现有效的加氢脱氧,大大提高了热解油中的芳烃含量.然而由于热解过程中HZSM-5分子筛失活很快,使得积碳问题更加严重,纤维素催化热解的积碳率为61%,木质素样品更是高达85%.     

废线路板催化热解脱溴产物和重金属的分布特征

在固定床反应器真空气氛条件下,研究不同添加剂与废线路板共热解特性,分析各相产物中重金属及溴的分布特征。研究结果表明:活性Al2O3添加剂与废线路板共热解体系质量损失最多,FeOOH和活性Al2O3的加入能促进热裂解,液体产物增加,其主要成分70%~80%为芳烃类有机物,添加剂加入后,热解油中溴化芳烃类有机物减少,小分子物质如苯酚等含量增加,其中加入Fe3O4得到的液体产物中苯酚所占比例高达50.16%,FeOOH存在时,液体产物中基本未检出溴。重金属Cu,Cr,Ni和Zn主要分布在固体残渣中,加入添加剂均能促使重金属富集固定在热解渣中。     

氯化铽气溶胶的高温热解机理

以TbCl₃气溶胶为前驱体,在微纳米尺度研究了TbCl₃在空气氛围中的高温热解机理,用XRD和FESEM分别表征了热解产物的物相组成和微观形貌.基于实验结果和热力学分析,讨论了TbCl₃气溶胶热解生成TbO₂的化学反应机理,以及促进TbCl₃热解转变为氧化铽的动力学原因.研究结果表明:TbCl₃气溶胶在空气氛围中热解可生成具有化学计量比形式的氧化物TbO₂,当热解温度高于800℃时,热解产物为非化学计量比形式的Tb₇O₁₂,没有发现TbOCl物相;在气溶胶热解产物中可以观察到更多热解中间产物,从而对TbCl₃的性质和热解过程的认识更充分.     

模拟太阳光条件下草酸钠-Fenton试剂降解苯酚

采用氙灯模拟自然条件下的太阳光, 研究了苯酚在草酸钠 Fenton反应体系作用下 的降解规律. 对光源、 H₂O₂、C₂O^2-₄、Fe^{2+的初始浓度以及pH 值对苯酚的去除率的影响进行了探讨. 结果表明, C₂O2-₄能有效强化Fenton试剂对苯酚的作用, 在初始pH值为4、 过氧化氢浓度为0.735 1 mmol/L、 草酸钠浓度为0.074 63 mmol/L、 亚铁离子浓度为0.053 6 mmol/L时, 溶液中0.595 2 mmol/L苯酚在90 min的降解率可达76.5%, 其降解过程符合一级动力学方程. GC MS分析表明, 苯酚降解的中间产物主要为苯醌和有机酸.}     

油菜籽粕生物质热解过程特征研究

以油菜籽粕生物质为原料,采用电加热方式,研究了不同加热速率下的热解过程及产物产出规律,对热解产物中不凝气体的成分进行了分析,考察了加热速率对产物产出率的影响。结果表明：油菜籽粕的热解过程可分为水分蒸发、半纤维素热解、纤维素和木质素热解、木质素炭化4个阶段;加热速率的高低虽然对水分的蒸发过程特征没有影响,但在低加热速率下,生物质中不同的组分将在不同的反应温度区间内进行热解反应;不凝气体和冷凝液体两种热解产物主要在100~550℃之间析出,是半纤维素和纤维素的主要热解产物,它们的产出率与温度的关系具有不同的特征;不凝气体中可燃气体的体积分数随着反应温度的升高逐渐增多;当控制加热速率为4～6℃/min时,油菜籽粕的3种热解产物量均可以达到较理想的效果。     

生物质高温热解气、液、固三相产物及碳烟生成特性

为了研究生物质高温热解气化特性,特别是在此过程中碳烟的形成机理,在一维沉降炉内对麦秆和杨树木屑于900~1 300℃进行高温热解,收集热解产生的气、液、固三相及碳烟产物,对热解产物的产率(产物与生物质干基的质量比)、形貌及组分进行分析,对比了两种生物质热解产物特性并重点分析热解碳烟的形成机理。结果表明,麦秆、木屑热解碳烟的产率随着温度的升高而升高,分别为0.28%~2.40%和0.34%~6.30%,热解焦炭的产率随着温度的升高逐渐降低,分别为2.8%~7.3%和0.29%~2.9%。木屑由于具有较高的木质素和纤维素组分,会产生更多的碳烟;麦秆由于具有高灰分和抽提物含量,会生成更多的焦炭。麦秆的不凝性气体产率为47%~69%,木屑的为59%~77%,热解产气率总体随温度的升高而升高。两种生物质热解的焦油产率均低于1.6%,温度升高至1 200℃时焦油完全转化,焦油的组分几乎均为芳烃类物质。生物质的热解过程中,在900~1 100℃时,碳烟的形成为小分子烃类气体裂解和大分子焦油缩聚机理共同作用的结果,在温度超过1 100℃时,增长的碳烟主要是通过小分子烃类气体裂解的途径生成。     

基于TG-FTIR和Py-GC/MS的生物质三组分快速热解机理研究

利用热重红外联用仪(TG-FTIR)和快速热解-气相色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS),对生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)的热解失重规律、动力学和挥发分组分及其含量进行了对比研究。TG/DTG曲线表明,纤维素热解失重区间最窄,峰值处热解失重率最大;半纤维的最易发生降解,存在两个失重区间;而木质素热解过程最缓慢,热解温度范围最广。三维FTIR表明,纤维素热解主要产物为CO_2、醛类、酮类和酸类;半纤维素热解主要产物与纤维素一致,但是CO_2含量比其他几类组分高很多;木质素热解主要产物为CO_2和芳香烃类。Py-GC/MS分析表明,纤维素热解有机组分主要为呋喃类和脱水糖类,呋喃类产物在600℃时达到最大值43.34%,脱水糖类产物在500℃时达到最大值27.78%;半纤维素热解主要产物为酮类和呋喃类,两者含量随着热解温度增加呈逐渐下降趋势;木质素热解主要产物为酚类,总酚含量在热解温度500℃时达到最大值78%,其中愈创木酚型(G-型)酚的含量最高63.43%。     

生物质热解过程中焦油形成机理的研究

以组成生物质的纤维素和木质素为研究对象,考查了焦油的成分随温度的变化关系,并对焦油的形成机理进行探讨.实验结果发现:纤维素在热解过程中收集到的焦油组成主要以酸、醛、酮、酚为主,且随温度的增加,焦油组成中的酸、醛、酮、酚组份发生二次热裂解向苯、萘等芳香化程度增加的过程转化,而木质素在热解过程中收集到的焦油组成主要以苯、甲苯以及多环芳烃为主,且随温度增加,甲苯进一步向苯及多环芳烃进行转化.     

沙柳在混合供氢溶剂中的液化工艺及产物特性

 采用单因素和正交实验, 考察了沙生灌木沙柳在苯酚和四氢萘混合供氢溶剂中液化的反应时间、反应温度、催化剂用量、苯酚用量和四氢萘用量等工艺参数对液化产物残渣率的影响, 得到沙柳在混合溶剂中的最优化工艺是: 反应温度120℃, 反应时间2 h, 催化剂(98%的浓硫酸)1 mL, 苯酚15 g, 四氢萘5 mL, 此条件下的液化率可达97.51%。各因素影响次序为: 反应温度> 反应时间> 催化剂用量> 四氢萘用量> 苯酚用量。不同反应时间下的沙柳液化液体产物红外谱图表明, 在反应时间30 min 前产生新峰, 在30 min 后谱图特征相同; 固体残渣红外谱图表明, 沙柳组分中的木质素和半纤维素首先发生了降解, 木质素结构单元中的酚醚键断裂先于木质素芳香核之间的碳碳键的断裂, 且液化反应的最终固体残渣中含有吡喃糖环和缔合羟基; 液化固体残渣热重分析表明, 产物中的有机质随液化的进行逐步减少, 且热分解反应分为2 个阶段, 表现出明显的阶段性。     

离子液体催化甘油合成三醋酸甘油酯

采用两步法合成离子液体——正-丙基磺酸-三乙基对甲苯磺酸铵,并用FT-IR,¹H NMR和¹³C NMR对其结构进行表征.以该离子液体为催化剂,考察反应时间、反应温度、物料配比和离子液体用量对纯甘油与醋酐合成三醋酸甘油酯的产率的影响规律.结果表明:当反应温度为100 ℃,反应时间为3 h,n(甘油)∶n(醋酐)∶n(离子液体)=1.0∶4.0∶0.1时,三醋酸甘油酯的产率最高可达到96%.用甲苯萃取三醋酸甘油酯,回收得到的离子液体循环使用3次,三醋酸甘油酯的产率没有明显下降,说明离子液体的稳定性和循环使用性较好,且催化合成生物柴油时,离子液体的用量正好适用于继续催化副产物甘油与醋酐发生酰化反应生成三醋酸甘油酯.     

高邮凹陷原油轻烃地球化学特征及群组划分

 高邮凹陷是苏北盆地油气潜力最大的凹陷,对该凹陷马家嘴、黄珏、富民、永安等9大油田原油样品的C₆~C₇轻烃特征、Mango轻烃参数及轻烃对比、蚀变星图和成熟度参数展开系统对比研究。C₆~C₇轻烃中富含正己烷,苯相对含量低,正庚烷、甲基环己烷和二甲基环戊烷的相对含量相差不大,显示高邮凹陷原油母质类型为腐泥-腐殖型。Mango轻烃参数K₁平均值为0.97,表明高邮凹陷原油具有相似的沉积环境;上含油气系统的K₂较大,平均值为0.31,表明陆源输入较大;中含油气系统的K₂较小,平均值为0.22,表明水源输入较大,下含油气系统介于两者之间,K₂平均值为0.27。由轻烃星图对比、庚烷值和异庚烷指数显示,上含油气系统的成熟度高,保存条件好;中含油气系统原油成熟度低,受次生演化作用明显;下含油气系统原油处于成熟阶段。     

PEG/WCl6添加比例对WO3薄膜形貌及气敏特性的影响

以氯化钨(WCl₆)、无水乙醇(C₂H₅OH)和二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)为前驱体,以聚乙二醇(PEG-1000)为造孔剂,采用非水解溶胶-凝胶法制备WO₃多孔薄膜,考察了PEG与WCl₆添加比例对薄膜形貌结构和气敏特性的影响.结果表明,在PEG与WCl₆添加比例为0.5时可获得形貌均一、孔隙率高、比表面积大的WO₃多孔薄膜.所获WO₃薄膜具有单一的单斜晶系结构,主要由直径为20~60nm的纳米颗粒所构成.气敏特性研究结果表明,WO₃多孔薄膜呈现n型半导体特性,在最佳工作温度100℃时表现出对NO₂良好的气敏性能;WO₃薄膜的成膜机理表明,造孔剂PEG-1000引导无机材料形成高孔隙率和高比表面积的三维多孔薄膜结构,该多孔结构有望作为NO₂气体的潜在气敏材料.     

生物质三组分热解反应及动力学的比较

采用热重分析法考察了生物质中三种主要成分纤维素、半纤维素和木质素的热解反应行为,以Coats-Redfern积分法对实验数据进行动力学解析,建立了该三组分热解反应的动力学模型。结果表明,分子结构上的不同使得该三组分的热解特性存在明显差异;在所考察的温区内纤维素的失重量约为86%,半纤维素模型化合物木聚糖的失重量为69%左右,而木质素的失重量仅为51%;热解反应深度按照纤维素、木聚糖和木质素的顺序依次降低;木质素和木聚糖的热解反应均可以用两个分段二级动力学方程来描述,但纤维素在低温区和高温区分别遵循一级和二级动力学规律。     

苯丙氨酸体系片段CDA及轨道相互作用

采用密度泛函理论中的B3LYP方法, 在3-21G基组水平上优化气相S型苯丙氨酸（S-Phe）手性对映体的几何构型, 计算Phe分子轨道波函数及片段轨道间的电荷分解分析(CDA), 并给出片段COOH,C₆H₅和NH₂形成过程中片段间的轨道相互作用图. 结果表明: 片段COOH,C₆H₅和NH₂基于CDA的ri项最大正值分别为r₁₉,r₁₇和r₁₅, 即分子轨道的形成导致占据片段轨道的电子向交叠区域转移; 片段COOH和NH₂基于CDA的ri项最大负值分别为r₄₄和r₃₅, 即分子轨道的形成导致片段间占据片段轨道的电子从交叠区域移走.     

有机-无机肥配施对板栗园土壤肥力及根系功能性状的影响

【目的】 板栗是我国大力发展的木本粮食树种,结合无机肥速效性与有机肥持久性的有机-无机肥配合施用,对培肥土壤、促进根系生长能起到重要作用。探讨有机-无机肥配施对板栗园土壤肥力及其根系功能性状的影响,以期为板栗的科学合理施肥提供依据。【方法】 以河北迁西县8 年生板栗 ‘燕山早丰’(Castanea mollissima ‘Yanshanzaofeng’)为对象,采用单因素随机区组试验设计,按质量占比设置6个处理: ①100%无机肥(C₁),②75%无机肥+25%有机肥(C_0.75O_0.25),③50%无机肥+50%有机肥(C_0.5O_0.5),④25%无机肥+75%有机肥(C_0.25O_0.75),⑤100%有机肥(O₁),⑥不施肥(CK),采用连续根钻法采集0~20、≥20~40 cm土层土样和根样,测定分析土壤理化性状及根系功能性状等指标。【结果】 ①各处理不同程度地影响土壤理化性状。O₁处理0~40 cm土层平均有机碳含量最高(5.97 g/kg),0~20 cm土层C₁处理全氮含量最大(1.33 g/kg),但以有机-无机肥配施C_0.25O_0.75处理对土壤理化性状改善具有显著促进作用(P<0.05)。 {{\mathrm{C}}_{0\mathrm{.}}}_{25} {{\mathrm{O}}_{0\mathrm{.}}}_{75}处理0~40 cm土层平均土壤C/N值较C₁和CK处理的分别提高38.81%、11.41%;与CK相比,平均碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量分别增加57.48%、47.49%、32.19%;土壤总孔隙度、土壤含水率分别增加11.23%、13.85%;土壤容重降低11.23%。②有机-无机肥配施显著促进0~40 cm土层中平均细根根长密度、细根表面积密度、细根体积密度、比根长(P<0.05),且0~1 mm细根增多,各处理大小总体表现为C_0.25O_0.75>C_0.5O_0.5>C_0.75O_0.25,以C_0.25O_0.75处理0~40 cm土层中平均细根生物量密度最高(511.24 g/m³),较CK处理增加35.42%,较C₁处理增加6.00%。高比例有机肥配施明显提高了细根根长、根表面积、根体积的占比。③主成分分析表明,土壤理化及根系性状指标在3个主成分上均有较高的荷载值,不同处理下土壤肥力与根系指标优劣综合排序为C_0.25O_0.75>C_0.5O_0.5>C_0.75O_0.25>O₁>C₁>CK。【结论】 有机-无机肥配施中的C_0.25O_0.75处理有效提高了土壤C/N、速效养分含量,0~1 mm细根增多,提高吸收根比例,是河北迁西县板栗园的较佳施肥模式。     

辽东湾拗陷南部古近系原油芳烃地球化学特征与油源分析

研究辽东湾拗陷南部旅大地区古近系原油芳烃地球化学特征,为油气成因研究及油源判别提供参考.以LD27-2和LD22-1油田等为例,对明化镇组、馆陶组、东营组和沙河街组原油或岩屑抽提物进行系统的芳烃色谱-质谱分析,共检测出12个系列169种化合物,提取能够指示生源、沉积环境、成熟度和油源的地球化学参数并进行系统分析.结果表...     

YBO3∶Ce3+复合NaMgBO3∶Ce3+荧光粉发光性能的改进

采用第二相复合的方法制备了一系列NaMgBO₃∶Ce3+/yYBO₃∶Ce3+(复合比y=0~0.035，摩尔分数)荧光粉，对其物相、形貌和光学特性进行了研究。选择YBO₃∶5%Ce3+作为复合基底，将其复合到NaMgBO₃∶Ce3+荧光粉中时，样品的带隙增加，随着YBO₃∶Ce3+复合比的增加，样品在464 nm处的发射强度逐渐增强，最佳复合比y为0.025。由于YBO₃∶Ce3+在380~400 nm范围内的发射峰与NaMgBO₃∶Ce3+的激发峰有重合，而且复合物样品在该范围内的发射强度会随YBO₃∶Ce3+复合比的增加而降低，证明了YBO₃∶Ce3+和NaMgBO₃∶Ce3+之间存在能量转移。结果表明:该荧光粉在全光谱照明中可作为一种良好的青色填充候选材料。     

CaO基催化剂在生物质热解中原位脱碳作用研究

研究了CaO基复合催化剂在生物质热解过程中的原位脱碳作用,通过气相色谱仪分析热解气体产物组分及含量。结果表明,CaO基复合催化剂可以原位吸附生物质热解过程中产生的CO₂,达到生物质定向催化转化的目的。使用Fe-CaO、Ni-CaO复合催化剂可使生物质热解液相产物产率降低至20%以下,而气体产率提高,最高可达67.1%。Ni-CaO催化热解条件下气体产物中H₂含量最高可达52.9%,同时φ(H2)/φ(CO)达到2.6,改善了热解气品质。