【摘要】：生物質(zhì)和生物質(zhì)廢棄物是理想的能源和碳基化學(xué)品來源,在制備化學(xué)品、燃料及發(fā)電等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究已取得一定進(jìn)展。雖然目前已可以利用生物質(zhì)制備出化學(xué)品和燃料,但是直接使用天然生物質(zhì)的作為底物時(shí)的研究進(jìn)展緩慢,相關(guān)的技術(shù)儲(chǔ)備嚴(yán)重不足,影響了其規(guī)�；膽�(yīng)用前景。而且目前的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)多使用燃燒發(fā)電,能源轉(zhuǎn)化效率低,難以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能向電能的高效轉(zhuǎn)化。為實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能向電能的高效轉(zhuǎn)化,應(yīng)運(yùn)而生了可實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)與電能低溫下直接轉(zhuǎn)變的生物質(zhì)液流燃料電池呈現(xiàn)出較好的綜合性能。然而,目前已報(bào)道研究的生物質(zhì)液流燃料電池的陰陽極氧化劑多采用多金屬氧酸鹽等,價(jià)格昂貴、合成過程復(fù)雜、發(fā)電效率低。本課題首先研究了豐富價(jià)廉的生物質(zhì)廢棄物甘蔗渣的氧化降解方法、降解機(jī)理及動(dòng)力學(xué)行為,優(yōu)化出低電位陽極電解液的適宜制備方法。然后研究了高電位陰極電解液的制備及再生方法,并進(jìn)一步構(gòu)建了直接生物質(zhì)液流燃料電池系統(tǒng),系統(tǒng)研究了電池的各項(xiàng)性能,優(yōu)化出甘蔗渣直接高效轉(zhuǎn)化為電能的適宜條件。主要研究工作如下:(1)研究了利用氯化鐵氧化降解甘蔗渣,制得高價(jià)值化學(xué)品的方法。采用FT-IR、XRD、SEM、HPLC表征方法分析了降解產(chǎn)物,結(jié)果表明,甘蔗渣在反應(yīng)時(shí)半纖維素和木質(zhì)素結(jié)構(gòu)都不同程度地發(fā)生了改變,無定形部分被降解結(jié)晶度發(fā)生了改變,表面結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化,半纖維素和纖維素等物質(zhì)分解成高附加值化學(xué)品。探索了甘蔗渣氧化降解機(jī)理,在氯化鐵鹽酸溶液的強(qiáng)氧化作用下,大分子有機(jī)物質(zhì)逐漸分解生成一些中間產(chǎn)物,隨后進(jìn)一步分解生成呋喃類平臺(tái)化學(xué)品(如5-羥甲基糠醛和糠醛等)。此外,以甘蔗渣氧化降解的典型中間產(chǎn)物葡萄糖為例,深入研究了氯化鐵氧化降解生物質(zhì)的動(dòng)力學(xué),探索了反應(yīng)溫度、時(shí)間和原料組成等動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)反應(yīng)速率的影響,進(jìn)而得出該降解反應(yīng)的反應(yīng)活化能和動(dòng)力學(xué)方程。(2)研究了甘蔗渣作為直接燃料時(shí),液流燃料電池鐵-釩體系的構(gòu)建方法及其性能。探究了反應(yīng)溫度、甘蔗渣的用量和氯化鐵的用量等參數(shù)對(duì)陽極電解液制備的影響。研究了甘蔗渣為直接燃料的鐵-釩體系液流燃料電池的相關(guān)性能,結(jié)果表明,甘蔗渣氧化降解溫度110℃、甘蔗渣用量2.0 g、FeCl_3用量1.5 mol L~(-1)時(shí)制備的陽極低價(jià)鐵電解液與另外制備的高價(jià)釩陰極電解液,在電池的測試溫度90℃、測試流速10 mL min~(-1),運(yùn)行性能較佳,即開環(huán)電壓0.7 V、最大電流密度1500 mA cm~(-2)、最大功率密度達(dá)到240 mW cm~(-2),這表明甘蔗渣用作直接燃料的可行性。當(dāng)輸出電壓恒定,鐵-釩體系液流燃料電池對(duì)外持續(xù)放電時(shí),電流密度穩(wěn)定在250 mA cm~(-2),電池基本可以穩(wěn)定地對(duì)外供電,該結(jié)果進(jìn)一步表明甘蔗渣用作直接燃料的可行性,甘蔗渣可以通過鐵-鐵體系液流燃料電池將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能,實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)廢棄物的高效轉(zhuǎn)化利用。此外,還分析了甘蔗渣為直接燃料的鐵-釩體系液流燃料電池工作原理,從理論上說明甘蔗渣通過該燃料電池轉(zhuǎn)化為電能具有可行性。(3)研究了甘蔗渣作為直接燃料時(shí),液流燃料電池鐵-鐵體系的構(gòu)建方法及其性能。探究了氯化鐵溶液濃度對(duì)陰極電解液性能的影響,以及陰極氯化鐵溶液的再生方法。研究了甘蔗渣為直接燃料的鐵-鐵體系液流燃料電池的相關(guān)性能,結(jié)果表明,甘蔗渣氧化降解溫度110℃、甘蔗渣用量2.0 g、FeCl_3用量1.5 mol L~(-1)時(shí)制備的陽極低價(jià)鐵電解液與另外制備的陰極高價(jià)鐵電解液,在電池的測試溫度90℃、測試流速10 mL min~(-1)時(shí),運(yùn)行性能較佳,即開環(huán)電壓0.44 V、最大電流密度780 mA cm~(-2)、最大功率密度達(dá)到50 mW cm~(-2),這表明甘蔗渣用作直接燃料的可行性。當(dāng)恒定輸出電壓,鐵-鐵體系液流燃料電池對(duì)外持續(xù)放電時(shí),電流密度穩(wěn)定在200 mA cm~(-2),電池基本可以穩(wěn)定地對(duì)外供電,該結(jié)果進(jìn)一步表明甘蔗渣可直接作為燃料,通過鐵-鐵體系液流燃料電池將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能,實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)廢棄物的高效轉(zhuǎn)化利用。同時(shí),探究了陰極電解液再生的條件,結(jié)果發(fā)現(xiàn)硝酸在陰極電解液再生時(shí)起著關(guān)鍵作用。此外,還分析了甘蔗渣為直接燃料的鐵-鐵體系液流燃料電池工作原理,從理論上說明甘蔗渣通過該燃料電池轉(zhuǎn)化為電能是完全可行的。
【圖文】：

已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注[5-7]。但是，如圖 1-1 所示，次能源供應(yīng)是可再生能源，因而潛力巨大[1]。另外，生再生、天然碳資源，一直都被人們用作化學(xué)品生產(chǎn)的原基化學(xué)品的理想替代資源[8-10]。因而，作為能源和碳資，既可有效解決能源和碳資源問題，又可改善生態(tài)環(huán)境理論和實(shí)際意義。

生物質(zhì)和生物質(zhì)廢棄物，主要存在形式有秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物、林業(yè)廢棄物、質(zhì)資源存在形式豐富、種類繁多，同時(shí)又碳資源更為復(fù)雜[13-15]。目前，生物質(zhì)資源燃料制備以及發(fā)電等[16-45]�；瘜W(xué)品轉(zhuǎn)化技術(shù)制備多種化學(xué)品，在這些轉(zhuǎn)化過的廣泛關(guān)注[16-23]。既有直接將生物質(zhì)轉(zhuǎn)]，，先將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為一些中間平臺(tái)化（山梨醇、木糖醇）、呋喃類（糠酵、5-羥）等，再將平臺(tái)化學(xué)品轉(zhuǎn)化為目標(biāo)化學(xué)品
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM911.4;TK6

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 許麗洪;楊文卿;陳慶華;;CO_2活化法制備甘蔗渣活性炭[J];資源節(jié)約與環(huán)保;2017年08期

2 韓德承;;滋陰補(bǔ)益話銀耳[J];家庭醫(yī)學(xué)(下半月);2016年11期

3 ;吃剩的水果皮是寶貝[J];戀愛婚姻家庭.養(yǎng)生;2017年02期

4 ;廢棄甘蔗渣可作蝦餌料[J];飼料世界;2006年03期

5 ;印度大力推廣甘蔗渣發(fā)電[J];世界科技研究與發(fā)展;2004年05期

6 張平遠(yuǎn);用甘蔗渣配制低成本蝦餌料[J];農(nóng)業(yè)科技通訊;2003年07期

7 張平遠(yuǎn);用甘蔗渣配制低成本蝦餌料[J];農(nóng)村百事通;2003年24期

8 劉道平;菲律賓將建造燃燒甘蔗渣的電廠[J];能源研究與信息;2002年02期

9 葉紅,李家璜,陳彪,歐陽平凱;甘蔗渣的蒸爆及水解技術(shù)的研究[J];江蘇化工;2000年10期

10 張肇富;新型的甘蔗渣飼料[J];飼料研究;1998年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 馬年方;陳水挾;;甘蔗渣基螯合纖維的制備及其對(duì)汞離子的吸附[A];中國化學(xué)會(huì)第15屆反應(yīng)性高分子學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要預(yù)印集[C];2010年

2 劉娟娟;諶凡更;馮覺純;;由甘蔗渣液化制備用于聚氨酯生產(chǎn)的多元醇[A];2009年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（下冊）[C];2009年

3 羅時(shí)荷;陳思宇;陳水挾;;甘蔗渣纖維的功能化改性及其對(duì)CO~2的吸附[A];第八屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議摘要[C];2013年

4 熊佰煉;張進(jìn)忠;;改性甘蔗渣吸附Cd~(2+)和Cr~(3+)的特征研究[A];第五屆全國環(huán)境化學(xué)大會(huì)摘要集[C];2009年

5 龐浩;柳雨生;廖兵;胡美龍;;甘蔗渣多元醇制備聚氨酯硬泡[A];中國化學(xué)會(huì)第二十五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集（上冊）[C];2006年

6 黃元波;鄭志鋒;周玲;楊曉琴;;兩種生物質(zhì)熱解特性及動(dòng)力學(xué)研究[A];第二屆中國林業(yè)學(xué)術(shù)大會(huì)——S11 木材及生物質(zhì)資源高效增值利用與木材安全論文集[C];2009年

7 李芬芳;戴友芝;陳慶;;甘蔗渣硫酸酯對(duì)水中Cd~(2+)的吸附研究[A];2014年第12屆全國水處理化學(xué)大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2014年

8 劉超;朱星蓉;袁俊;曾健;羅曉剛;;甘蔗渣基高效吸附劑的設(shè)計(jì)及用于水相中磷酸根的脫除[A];2016年全國高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì)論文摘要集[C];2016年

9 李興康;方真;朱長輝;羅嘉;;氯化鐵-空氣預(yù)處理甘蔗渣及其對(duì)纖維素酶水解的影響[A];中國化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十三分會(huì)：綠色化學(xué)[C];2016年

10 夏中生;楊勝遠(yuǎn);潘天彪;陳桂光;梁智群;;糖蜜酒精廢液蔗渣吸附發(fā)酵產(chǎn)物對(duì)豬的飼用價(jià)值研究[A];中國糧油學(xué)會(huì)第二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文選集（綜合卷）[C];2002年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 張保平;度發(fā)電“瞄準(zhǔn)”甘蔗渣[N];經(jīng)理日?qǐng)?bào);2004年

2 保平;印度力推甘蔗渣發(fā)電[N];中國煤炭報(bào);2004年

3 記者 毛黎;以研發(fā)用甘蔗渣生產(chǎn)食品包裝盒[N];科技日?qǐng)?bào);2020年

4 本報(bào)記者 李銀雁;甘蔗渣造紙可成大產(chǎn)業(yè)[N];中國經(jīng)濟(jì)時(shí)報(bào);2003年

5 記者 張新生;巴西開發(fā)出用甘蔗渣生產(chǎn)碳纖維新技術(shù)[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

6 平遠(yuǎn);甘蔗渣可預(yù)防雞病[N];四川科技報(bào);2003年

7 平遠(yuǎn);甘蔗渣預(yù)防雞病[N];農(nóng)民日?qǐng)?bào);2003年

8 記者 張新生;巴開發(fā)以甘蔗渣乙醇生產(chǎn)塑料的技術(shù)[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

9 薛秀云　編譯;節(jié)能綠色環(huán)保：在國際煙草業(yè)漸成潮流[N];東方煙草報(bào);2014年

10 毛李強(qiáng);生產(chǎn)成本高于糖價(jià)？[N];期貨日?qǐng)?bào);2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 高軼楠;栽培基質(zhì)甘蔗渣，玉米芯和木屑發(fā)酵時(shí)間對(duì)黃瓜生長的影響[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2019年

2 李許生;甘蔗渣黑液熱解及氣化機(jī)理研究[D];廣西大學(xué);2015年

3 陳銘杰;甘蔗渣均相化學(xué)改性及其材料制備[D];華南理工大學(xué);2015年

4 吳文濤;基于凹凸棒石粘土的麥秸木質(zhì)陶瓷制備與性能表征[D];合肥工業(yè)大學(xué);2010年

5 姚雙全;蔗渣半纖維素的熱水抽提及其對(duì)漂白廢水AOX生成的影響[D];廣西大學(xué);2017年

6 江丹;丁酸梭菌的培養(yǎng)基優(yōu)化及發(fā)酵甘蔗渣和小桐子果殼產(chǎn)氫氣的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

7 于海龍;綠液預(yù)處理工業(yè)纖維渣酶水解過程及其機(jī)理研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2015年

8 彭志遠(yuǎn);基于植物纖維及其組分的水凝膠合成與性能研究[D];華南理工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孫樂樂;甘蔗渣為直接燃料的生物質(zhì)液流燃料電池研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2019年

2 巴慧敏;微生物組合發(fā)酵甘蔗渣生產(chǎn)飼料的研究[D];華中科技大學(xué);2017年

3 閆濤濤;甘蔗渣催化裂解選擇性制備化學(xué)品的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2019年

4 趙宏志;錳基鈣鈦礦型氧化物制備及其催化熱解甘蔗渣木質(zhì)素性能研究[D];東北石油大學(xué);2019年

5 周菁輝;甘蔗渣水熱液化水溶性產(chǎn)物的液相色譜分析[D];中國石油大學(xué)(北京);2018年

6 劉超;甘蔗渣基功能化復(fù)合材料的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D];武漢工程大學(xué);2018年

7 楊林青;綜合利用甘蔗渣發(fā)酵乙醇的研究[D];江南大學(xué);2019年

8 江昊南;超/亞臨界二氧化碳與多磺酸離子液對(duì)生物質(zhì)糖類催化轉(zhuǎn)化的影響[D];江蘇大學(xué);2019年

9 張竇;甘蔗渣的乙醇鈉預(yù)處理和發(fā)酵產(chǎn)乳酸研究[D];暨南大學(xué);2018年

10 李巨鑫;甘蔗渣的醇解及有機(jī)化學(xué)品的分離[D];中國礦業(yè)大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2691764