多种洗涤预处理对生物质热解影响的对比研究开题报告

1. 研究目的与意义

目的：对生物质进行水相生物油洗涤预处理、水洗预处理和盐酸溶液洗涤预处理的对比实验研究，研究多种洗涤预处理对生物质秸秆原料及其热解产物的影响，综合数据分析，明确水相生物油在脱除金属元素和提高热解产物品质方面的效果。

意义：水相生物油具有较好的脱除生物质金属元素的潜力，水洗预处理和盐酸溶液洗涤预处理也是常用的生物质洗涤预处理方法。通过多种洗涤预处理的对比研究，明确水相生物油洗涤对秸秆及其热解产物品质的影响，为生物质预处理技术的发展提供一定的数据基础。

2. 国内外研究现状分析

金属元素不仅影响热解生物油的产率，而且对其品质的影响也很显著。王树荣等采用浸渍的方法向纤维素中添加了KCl，热解结果表明，随着纤维素中K含量的升高，生物油中水分含量急剧升高，而且K对左旋葡聚糖转化为乙醇醛的反应具有一定的促进作用。杨昌炎等研究了K和Ca对生物质热解的影响，实验采取水洗和酸洗等脱灰处理去除了生物质本身的金属元素，通过对比生物质脱灰处理前后热解产物的变化，结果发现，生物质经脱灰处理后，热解反应倾向于生成含C-O-C化合物，如秸秆经水洗脱灰后，热解产物中左旋葡聚糖、纤维糖类和醚类的收率升高，而乙醛、醛和酮等含有C=O的化合物的收率降低，说明K和Ca的存在有利于生物质热解过程中低分子量生物油的形成。廖艳芬等采用浸渍的方法向纤维素滤纸中添加了不同含量的KCl，热解实验结果表明，反应产物中低分子量产物(乙醇醛、乙醛和糖基化合物等)的收率升高，这说明碱金属元素有利于裂解和歧化反应，同时，实验还表明，碱土金属元素显著影响着单糖碎片的重整和异构化反应，使热解产物中呋喃和杂环衍生物的收率升高。水相生物油具有较好的脱除生物质灰分和金属元素以及改善生物质品质的能力，值得深入研究。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：（1）以生物质秸秆为实验原料，开展水相生物油洗涤预处理、水洗预处理、盐酸溶液洗涤预处理的实验研究；（2）研究多种洗涤预处理对秸秆品质尤其是金属元素含量的影响；（3）采用热重红外分析仪（TG-FTIR）和快速热解-气相色谱质谱联用仪（Py-GC/MS），研究多种洗涤预处理对秸秆热解产物的影响。

研究计划：2016年12月至2017年1月，查阅生物质洗涤预处理方面的文献，完成开题报告，按照任务书要求，初步开展生物质水相生物油洗涤预处理实验；2017年2月至3月，详细开展生物质水相生物油洗涤预处理、水洗预处理、盐酸溶液洗涤预处理实验，采用多种分析手段考察洗涤预处理对原料品质的影响；2017年4月，总结实验数据，通过与以往文献的对比分析，明确水相生物油洗涤预处理对生物质秸秆及其热解过程的影响；2017年5月至6月，撰写毕业论文，按照评审要求进一步完善实验和数据分析，答辩、提交论文定稿。

4. 研究创新点

生物质含有一定量的金属元素，而金属元素对热解产物品质有明显不利的影响。以往的研究往往关注于热水或稀酸溶液，而没有对比分析多种洗涤预处理对生物质金属元素的脱除效果。此外，水相生物油含量较多的水分和乙酸，具有很好的脱除金属元素的潜力，而现阶段对水相生物油的研究还比较少。本课题以生物质秸秆为原料、水相生物油洗涤预处理过程为核心、热解产物品质改善为目标，对比研究生物质水相生物油、热水和盐酸溶液对生物质秸秆及其热解产物的影响，为水相生物油的利用以及生物质预处理技术的发展提供一定的数据基础。