發(fā)布時間：2020-11-16 14:51

　　 開發(fā)生物航油替代傳統(tǒng)石化航油對于節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)具有重要意義。微藻具有生長速度快和油脂含量高的特點,故利用微藻油脂轉(zhuǎn)化制生物航油(C8-C16)成為國內(nèi)外研究熱點。本文通過量子化學(xué)計算揭示了微藻油脂典型成分的脫氧斷鍵機(jī)理,制備了沸石咪唑金屬骨架鎳基催化劑和鎳基介孔Y分子篩催化劑,提高了微藻油脂脫氧斷鍵制備生物航油產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物選擇性。本文以微藻油脂典型成分十六脂肪酸為例,基于其脫氧斷鍵主要產(chǎn)物為十五烷烴的實驗結(jié)果,通過量子化學(xué)計算揭示了其脫氧斷鍵的競爭反應(yīng)機(jī)理。提出十六脂肪酸脫氧斷鍵的兩條競爭反應(yīng)路徑,計算得到其中間產(chǎn)物和終端產(chǎn)物的化學(xué)鍵級鍵長和反應(yīng)能壘。當(dāng)NiH加成到羰基中的碳原子上時,羰基碳原子與鄰位碳原子的鍵長由0.08007 nm拉長為0.08132 nm,有助于十六脂肪酸的脫羧反應(yīng);同時Ni-H加成到羰基中碳原子上的反應(yīng)焓變?yōu)?40.75904 KJ/mol,低于Ni-H加成到羰基中氧原子上的反應(yīng)焓變158.76714 KJ/mol,故脫羧反應(yīng)更傾向于沿Ni-H加成到羰基中的碳原子路徑進(jìn)行。本文制備了沸石咪唑金屬骨架鎳基催化劑,研究了微藻生物質(zhì)及其水熱提取油脂催化脫氧斷鍵制航油的轉(zhuǎn)化率和選擇性。利用XRD、XPS、SEM、BET等表征了催化劑的微觀理化特性:當(dāng)沸石咪唑金屬骨架負(fù)載鎳金屬后,金屬骨架中的碳氧鈷含量降低而鎳含量提升為22.25%,XRD特征峰出現(xiàn)偏移并且強(qiáng)度有所減弱,這是因為金屬骨架中鈷的電子部分轉(zhuǎn)移給成功擔(dān)載的鎳金屬。采用微藻水熱提取油脂(微藻細(xì)胞中C50-C60的甘油三酸脂經(jīng)亞臨界水解提取得到C16-C24的脂肪酸)經(jīng)沸石咪唑金屬骨架鎳基催化劑脫氧斷鍵,制得航油產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和選擇性分別為90.51%和37.83%,顯著高于微藻生物質(zhì)直接催化轉(zhuǎn)化制備的航油產(chǎn)物。為了解決沸石咪唑金屬骨架鎳基催化劑的酸性不足問題,本文制備了具有酸性中心的鎳基介孔Y分子篩催化劑并進(jìn)行了微觀理化表征,采用該催化劑將微藻水熱提取的油脂脫氧斷鍵顯著提高了航油產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和選擇性。微藻水熱提取的油脂在鎳基梯度介孔Y分子篩催化劑作用下在390℃時得到航油產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率為99.72%,選擇性提高到50.79%,其中烷烴選擇性達(dá)到43.21%。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

裝置的結(jié)構(gòu)組成如圖2.1所示，該裝置主要包括5大系統(tǒng)，分別是進(jìn)料系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)即恒溫反應(yīng)器、換熱及冷卻器系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，此外還包括一些過濾及降壓裝置、氣液分離取樣裝置及混合器等部件。（1）進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)料加料器用于將微藻送入反應(yīng)裝置中，它的構(gòu)成包括一個移動式活塞容器和加壓泵操作步驟如下：首先手動將物料填充至容器中，再通過加壓泵將物料輸送至預(yù)熱系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)反應(yīng)。進(jìn)料系統(tǒng)同時用于檢測各個環(huán)節(jié)的密封性，同時也包括一部分清洗過程。（2）預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱器位于混合器與反應(yīng)器之間，作用是用來預(yù)熱物料，實現(xiàn)物料的快速升溫，由于加熱裝置較短，控制溫度較難，故需要預(yù)熱裝置進(jìn)行預(yù)處理，一般設(shè)定溫度低于反應(yīng)溫度，將加熱過程分為兩段也有利用余熱的回收及能耗的降低。預(yù)熱系統(tǒng)能夠確保實驗的順利進(jìn)行，保證反應(yīng)溫度在設(shè)定的溫度下進(jìn)行。（4）混合器混合器能夠按一定比例混合水及藻漿，同時在混合器外包裹一層保溫層，防止在預(yù)熱器中預(yù)熱的物料降溫，實現(xiàn)物料溫度的平穩(wěn)過渡，降低能耗。

圖2.2 Parr反應(yīng)釜的構(gòu)造備凍離心機(jī)釜中取出反應(yīng)物后，使用高速冷凍離心機(jī)（BeckmanAva離心分層，對液相產(chǎn)物進(jìn)行烘干之后再對液相產(chǎn)物進(jìn)行等操作。本實驗所使用的高速冷凍離心機(jī)配置了 JA-25.積為 50ml 或者 10ml 的離心管，最大離心力為 75600g。本實驗使用的轉(zhuǎn)速為 7000 轉(zhuǎn)/min，持續(xù)時間為 10m冰箱用的超低溫冰箱型號為 Thermo ScientificULT-2186-4-V物的保存，工作溫度為-78℃。

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 實驗設(shè)備與方法12圖2.3 管式爐示意圖（4）鼓風(fēng)干燥箱鼓風(fēng)干燥箱（GZX-9070MBE）購買自上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備,最高工作溫度為 250℃。在離心機(jī)分離出液相產(chǎn)物后，將液相產(chǎn)物在干燥箱中干燥得出最終的航油產(chǎn)物，配置好的催化劑溶劑也在此干燥箱中干燥，航油產(chǎn)物的脫水干燥和化學(xué)溶劑的干燥溫度為60℃。（5）馬弗爐馬弗爐也購自上海意豐電爐有限公司，其型號為 YFX7/10Q-GC，馬弗爐主要用在催化劑的配置過程中，配好的催化劑在干燥后使用馬弗爐對其進(jìn)行煅燒，將硝酸鎳煅燒為氧化鎳，之后再送入管式爐進(jìn)行還原步驟。馬弗爐額定溫度為 1200℃，額定功率為 2500W
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本文編號：2886359