摘要
随着社会经济的飞速发展，能源紧缺问题在世界范围内日益突显。目前，开发利用可再生能源已被我国列为能源发展的优先领域。藻类植物蕴含有丰富的生物质能，同时又具有光合效率高、固碳能力强、生长速度快等优势，是公认的可持续绿色清洁能源的发展方向。藻类水热液化机理研究旨在获取与高转化效能相适配的热动力学条件，推动藻类生物质能的实际规模化应用，与国家能源安全、经济安全息息相关。 目前，针对藻类及其模型化合物水热液化过程的原位研究相对较少，同时缺乏对高温高压下物质转化过程的深入动力学分析。基于由熔融石英毛细管反应器(FusedSilicaCapillaryReactor，FSCR)高温高压可视化反应器、LinkamFTIR600冷热台与激光拉曼光谱分析系统组成的高温原位可视化实验平台，本文开展了一系列与藻类水热液化过程相关的研究，具体内容简述如下。实验中，运用光谱分析方法实时研究了藻类三种主要模型化合物甘氨酸、葡萄糖、和棕榈酸的水热液化过程。具体研究内容包括: (1)实验中，观测了高温下藻类（螺旋藻和杜氏盐藻）在水热液化过程中的相态变化（如颜色改变、气泡产生等）。随着温度从室温逐步升高，内置藻类（螺旋藻或杜氏盐藻)的FSCR反应腔内出现溶解、颜色由无色趋黄、且不断加深等现象;当温度升高到270℃左右时，反应腔内开始有气泡生成;接近300℃时，渐有黑色物质析出。结合前人结果分析，上述相态变化对应着藻类液化过程中从受热分解、热解产物生成、到热解完成的相关阶段。上述研究与结果为进一步开展藻类模型化合物的拉曼光谱分析提供可供参考的热力学数据。 (2)运用拉曼光谱分析方法，实时研究了藻类三种主要模型化合物甘氨酸、葡萄糖和棕榈酸的水热液化过程。本文发现，模型化合物相关官能团的拉曼特征峰在液化过程中随着温度的升高不断发生变化，通常在温度升至290℃时趋于消失。以上表明这些模型化合物的液化温度约为290℃，这与上述藻类液化过程中通过观测相态变化得到的温度基本一致。 (3)通过分析甘氨酸在液化过程中υ(C-C)、υ(C-N)、τ(CH2)以及υas(COO-)拉曼特征峰随温度和时间的变化规律，深入研究了该藻类模型化合物的热解过程动力学。基于Avrami动力学模型分析，获取了甘氨酸水热液化过程中C-C官能团降解反应的相关动力学参数以及液化过程中的活化能(357kJ/mol)，定量地揭示了甘氨酸液化过程的热动力学性质。 本研究运用高温高压可视化实验技术，结合先进的光谱表征手段，开展藻类水热液化过程的原位分析，对于深入了解藻类水热液化机理、推进生物质能的开发利用具有重要意义。
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