摘要
随着全球低碳发展的深入进行，世界能源结构朝着多元化方向发展，整体能源消费从以化石燃料为主向可再生能源转变。开发利用生物质资源制备液体燃料，尤其是生物航油，在应对全球气候变化、能源供需矛盾、缓解能源危机等方面发挥着重要作用。其中，木质纤维素生物质、餐厨废油作为生物航油的主要原料，在开发利用中存在着诸如工艺复杂、原料含水量高、需预处理等问题。因此，亟需寻找一种合适的方法，使其得到高效利用。水热液化作为生物质热化学转化技术中的一种，无需原料的预干燥处理，在木质纤维素生物质、餐厨废油等高含水量原料的处理上表现出巨大优势，对合理处置有机固体废弃物也具有重要意义。然而，木质纤维素生物质的单一水热液化，存在着原料转化率低、生物油产率低以及热值低等缺点。针对上述问题，本文提出将木质纤维素生物质与餐厨废油进行水热共液化制备生物油。本文分别以稻秆、玉米芯为木质纤维素生物质原料，与餐厨废油模化物在亚临界水条件下，探究反应参数对共液化产物分布的影响，研究了共液化的协同效应及反应机理。主要研究内容和结果如下： （1）对稻秆与餐厨废油模化物进行了水热共液化研究，发现较高的温度、较短的停留时间、较高的餐厨废油模化物比例均有利于提高共液化生物油的产率和稻秆的整体转化率。碱性催化剂K2CO3的添加则不利于共液化制备生物油。在300℃、10min、不添加K2CO3、稻秆与餐厨废油模化物质量比为1∶3时，得到最高的生物油产率（88.77%）和最低的固相产率（0.53%）。当原料质量比为3∶1时，协同效应最高，达到14.38%。稻秆与餐厨废油模化物共液化固相表面的纤维结构破坏更加显著。对典型共液化工况的生物油进行GC-MS分析，发现酚类、醛和酮类极少，表明共液化不仅使纤维素组分的逆羟醛缩合生成羧酸的反应被抑制，进而抑制了乙醇酸和乳酸与丙酮缩合反应生成环酮，还增强了酚类化合物在酸性条件下水解。共液化生物油主要成分是脂肪酸（相对含量最高达100%），其在亚临界条件下具有良好的稳定性。 （2）对玉米芯与餐厨废油模化物进行了水热共液化研究，结果表明无催化剂时，较高的温度、较长的停留时间、较高的餐厨废油模化物比例均有利于提高共液化生物油的产率。在325℃、60min、玉米芯与餐厨废油模化物质量比为1∶3时，得到最高的生物油产率（89.28%）和最低的固相产率（1.67%）。当原料质量比为1∶1、1∶3时，协同效应分别达到30.57%、19.73%。但当原料混合比为3∶1时，表现出明显的拮抗效应。与稻秆相比，玉米芯共液化得到的生物油的成分有了明显改善，脂肪酸不再是共液化生物油的唯一组分。表明以玉米芯作为木质纤维素生物质原料与餐厨废油模化物进行共液化是更好的选择。 （3）研究了Pt/C铂炭催化剂的添加对玉米芯与餐厨废油模化物水热共液化的影响。结果表明，较高的反应温度、较长的停留时间、较高的初始压力以及增大餐厨废油模化物混合比例更有利于提高生物油产率。在350℃、3h、初始压力为1MPa、玉米芯与餐厨废油模化物质量比为1∶3时，共液化的生物油产率最高，达到87.19%；固相产率最低，为0.22%。Pt/C铂炭催化剂催化的共液化协同效应最为明显，当原料质量比为3∶1时，协同效应最高，达到59.15%。催化共液化在保持生物油高产率的同时，进一步改善了生物油的品质。共液化生物油H元素含量和热值均得到提高。生物油的最高热值达到41.43MJ/kg。对典型工况的生物油进行GC-MS分析，发现饱和脂肪酸的比例明显提高，碳氢化合物含量均有不同程度提高，表明催化剂促进不饱和脂肪酸通过加氢反应生成饱和脂肪酸，同时还促进脂肪酸的加氢脱氧反应形成碳氢化合物。 对稻秆、玉米芯分别与餐厨废油模化物的水热共液化研究表明，木质纤维素生物质与餐厨废油进行水热共液化，在显著提高生物油的产率及木质纤维素生物质整体转化率的同时，有效降低了生物油中高含氧化合物的比例。其中，玉米芯相较于稻秆，更适合与餐厨废油模化物进行共液化，而Pt/C铂炭催化剂的添加，通过提高生物油中碳氢化合物的比例，进一步改善了共液化生物油的品质。上述研究结果为木质纤维素生物质与餐厨废油共液化的潜在应用提供了有价值的参考。
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