湖泊富營(yíng)養(yǎng)化及其引起的藍(lán)藻水華暴發(fā)是當(dāng)今世界頻繁發(fā)生的環(huán)境災(zāi)害之一。藍(lán)藻水華在水體表面大量堆積,嚴(yán)重影響水體景觀,而且其釋放的藻毒素?fù)p害水質(zhì),危及人類健康和生物安全。將湖泊富營(yíng)養(yǎng)化產(chǎn)生的水華藍(lán)藻進(jìn)行收集并通過(guò)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的技術(shù)轉(zhuǎn)化為生物燃料,不僅有利于減輕水體營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷,防止水質(zhì)惡化,還可為水華污染物資源化利用提供新途徑,產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)效益,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展,達(dá)到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展的和諧共贏。為了治理太湖藍(lán)藻造成的環(huán)境污染并對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行能源化利用,本課題搭建了一套固定床熱裂解裝置,以藍(lán)藻為原料,選用Mg-Al復(fù)合金屬氧化物催化劑,分別研究了真空裂解、真空催化裂解和氮?dú)庾鬏d氣的常壓催化熱裂解,考察了裂解終溫、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量等工藝條件對(duì)最終生物油產(chǎn)率、品質(zhì)的影響,并采用元素分析、氣質(zhì)聯(lián)用等檢測(cè)手段進(jìn)行表征分析了生物油的主要成分。對(duì)于真空裂解反應(yīng),當(dāng)裂解終溫為400℃C,反應(yīng)時(shí)間為40mmin時(shí),生物油產(chǎn)率達(dá)到最大值32.75%；對(duì)于真空催化裂解反應(yīng),當(dāng)催化劑與藍(lán)藻的質(zhì)量比為1：2,裂解終溫為400℃,反應(yīng)時(shí)間為50min時(shí),生物油產(chǎn)率達(dá)到最高,為47%左右；對(duì)于氮?dú)庾鬏d氣的常壓催化熱裂解,當(dāng)催化劑與藍(lán)藻質(zhì)量比為3：4,裂解終溫為450℃,反應(yīng)時(shí)間為40mmin時(shí),生物油產(chǎn)率最高,為54.5%。三種工藝比較可知,藍(lán)藻常壓催化熱裂解制得的生物油產(chǎn)率最高,品質(zhì)最好,因此藍(lán)藻的常壓催化熱裂解研究最有前途。在反應(yīng)溫度為450℃C,反應(yīng)時(shí)間為40min,無(wú)催化劑的條件下進(jìn)行藍(lán)藻常壓熱裂解反應(yīng),最終生物油產(chǎn)率為35.5%,固體焦炭的產(chǎn)率為27.75%,不可凝氣體的產(chǎn)率為36.75%；而在反應(yīng)溫度為450℃C,反應(yīng)時(shí)間為40min,催化劑與藍(lán)藻的質(zhì)量比為3：4的條件下進(jìn)行藍(lán)藻常壓催化熱裂解反應(yīng),最終生物油產(chǎn)率為54.5%,固體焦炭的產(chǎn)率為15%,不可凝氣體的產(chǎn)率為30.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明Mg-Al復(fù)合金屬氧化物催化劑有利于促進(jìn)生物油形成,對(duì)抑制焦炭和不凝氣生成有顯著作用。對(duì)于藍(lán)藻常壓催化熱裂解反應(yīng),在反應(yīng)時(shí)間(40min)、催化劑用量(3：4)不變的情況下,改變反應(yīng)溫度。當(dāng)反應(yīng)溫度為350℃C時(shí),生物油的產(chǎn)率為42%；當(dāng)反應(yīng)溫度為450℃C時(shí),生物油的產(chǎn)率為54.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明裂解終溫的升高有利于生物油的生成。另外,X射線衍射的表征結(jié)果表明反應(yīng)前后的催化劑晶型未發(fā)生明顯變化,催化劑可以重復(fù)使用。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：X524;O643.3
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 文獻(xiàn)綜述
    1.1 研究背景
    1.2 太湖富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀
    1.3 藍(lán)藻水華的產(chǎn)生及危害
    1.4 藍(lán)藻資源化處理技術(shù)
        1.4.1 藍(lán)藻理化特性
        1.4.2 藍(lán)藻資源化技術(shù)
    1.5 生物質(zhì)熱解技術(shù)
        1.5.1 生物質(zhì)熱解的概念
        1.5.2 生物質(zhì)熱解的分類
        1.5.3 熱解反應(yīng)機(jī)理
        1.5.4 熱解技術(shù)的工藝流程
        1.5.5 影響生物質(zhì)熱解過(guò)程及產(chǎn)物組成的因素
    1.6 藍(lán)藻制取生物油的研究進(jìn)展
        1.6.1 國(guó)外研究進(jìn)展
        1.6.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展
    1.7 論文研究的目的和內(nèi)容
        1.7.1 論文研究的目的與意義
        1.7.2 論文研究的主要內(nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑、原料和儀器
    2.2 實(shí)驗(yàn)原料的預(yù)處理
    2.3 實(shí)驗(yàn)原料的熱重分析和紅外分析
        2.3.1 熱重分析（Thermogravimetry Anslysis,TG）
        2.3.2 傅里葉變換紅外光譜分析（FT-IR）
    2.4 實(shí)驗(yàn)原料組成成分的分析
        2.4.1 化學(xué)組成成分的測(cè)定
        2.4.2 元素分析
        2.4.3 工業(yè)分析
    2.5 Mg-Al復(fù)合金屬氧化物催化劑的制備
    2.6 催化裂解的工藝流程
        2.6.1 催化裂解反應(yīng)裝置
        2.6.2 催化裂解實(shí)驗(yàn)步驟
        2.6.3 產(chǎn)物產(chǎn)率的計(jì)算
    2.7 生物油的分析方法
        2.7.1 元素分析
        2.7.2 熱值的計(jì)算
        2.7.3 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用
    2.8 催化劑的表征
        2.8.1 X射線衍射分析（XRD）
        2.8.2 掃描電鏡（SEM）
第三章 藍(lán)藻真空裂解的研究
    3.1 藍(lán)藻的熱重曲線
    3.2 藍(lán)藻的紅外光譜分析
    3.3 反應(yīng)溫度對(duì)藍(lán)藻真空裂解的影響
    3.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)藍(lán)藻真空裂解的影響
    3.5 反應(yīng)產(chǎn)物生物油的表征
        3.5.1 元素分析
        3.5.2 生物油的GC-MS分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 藍(lán)藻真空催化裂解的研究
    4.1 反應(yīng)溫度對(duì)藍(lán)藻真空催化裂解的影響
    4.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)藍(lán)藻真空催化裂解的影響
    4.3 催化劑用量對(duì)藍(lán)藻真空催化裂解的影響
    4.4 正交試驗(yàn)
    4.5 反應(yīng)產(chǎn)物生物油的表征
        4.5.1 元素分析
        4.5.2 生物油的GC-MS分析
        4.5.3 傅里葉變換紅外分析（FT-IR）
    4.6 本章小結(jié)
第五章 藍(lán)藻常壓催化熱裂解的研究
    5.1 反應(yīng)溫度對(duì)藍(lán)藻常壓催化熱裂解的影響
    5.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)藍(lán)藻常壓催化熱裂解的影響
    5.3 催化劑用量對(duì)藍(lán)藻常壓催化熱裂解的影響
    5.4 氮?dú)饬髁繉?duì)藍(lán)藻常壓催化熱裂解的影響
    5.5 正交試驗(yàn)
    5.6 反應(yīng)產(chǎn)物生物油的表征
        5.6.1 元素分析
        5.6.2 生物油的GC-MS分析
    5.7 催化劑的表征
        5.7.1 掃描電鏡（SEM）
        5.7.2 X射線衍射分析（XRD）
    5.8 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介
致謝

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本文編號(hào)：2866710