湖泊富營養(yǎng)化及其引起的藍藻水華暴發(fā)是當今世界頻繁發(fā)生的環(huán)境災害之一。藍藻水華在水體表面大量堆積,嚴重影響水體景觀,而且其釋放的藻毒素損害水質(zhì),危及人類健康和生物安全。將湖泊富營養(yǎng)化產(chǎn)生的水華藍藻進行收集并通過熱化學轉(zhuǎn)化的技術轉(zhuǎn)化為生物燃料,不僅有利于減輕水體營養(yǎng)負荷,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)濟效益,促進可持續(xù)發(fā)展,達到經(jīng)濟、環(huán)境、社會發(fā)展的和諧共贏。為了治理太湖藍藻造成的環(huán)境污染并對生物質(zhì)進行能源化利用,本課題搭建了一套固定床熱裂解裝置,以藍藻為原料,選用Mg-Al復合金屬氧化物催化劑,分別研究了真空裂解、真空催化裂解和氮氣作載氣的常壓催化熱裂解,考察了裂解終溫、反應時間、催化劑用量等工藝條件對最終生物油產(chǎn)率、品質(zhì)的影響,并采用元素分析、氣質(zhì)聯(lián)用等檢測手段進行表征分析了生物油的主要成分。對于真空裂解反應,當裂解終溫為400℃C,反應時間為40mmin時,生物油產(chǎn)率達到最大值32.75%；對于真空催化裂解反應,當催化劑與藍藻的質(zhì)量比為1：2,裂解終溫為400℃,反應時間為50min時,生物油產(chǎn)率達到最高,為47%左右；對于氮氣作載氣的常壓催化熱裂解,當催化劑與藍藻質(zhì)量比為3：4,裂解終溫為450℃,反應時間為40mmin時,生物油產(chǎn)率最高,為54.5%。三種工藝比較可知,藍藻常壓催化熱裂解制得的生物油產(chǎn)率最高,品質(zhì)最好,因此藍藻的常壓催化熱裂解研究最有前途。在反應溫度為450℃C,反應時間為40min,無催化劑的條件下進行藍藻常壓熱裂解反應,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%；而在反應溫度為450℃C,反應時間為40min,催化劑與藍藻的質(zhì)量比為3：4的條件下進行藍藻常壓催化熱裂解反應,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%。實驗結(jié)果說明Mg-Al復合金屬氧化物催化劑有利于促進生物油形成,對抑制焦炭和不凝氣生成有顯著作用。對于藍藻常壓催化熱裂解反應,在反應時間(40min)、催化劑用量(3：4)不變的情況下,改變反應溫度。當反應溫度為350℃C時,生物油的產(chǎn)率為42%；當反應溫度為450℃C時,生物油的產(chǎn)率為54.5%。實驗結(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)果表明反應前后的催化劑晶型未發(fā)生明顯變化,催化劑可以重復使用。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：X524;O643.3
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 文獻綜述
    1.1 研究背景
    1.2 太湖富營養(yǎng)化現(xiàn)狀
    1.3 藍藻水華的產(chǎn)生及危害
    1.4 藍藻資源化處理技術
        1.4.1 藍藻理化特性
        1.4.2 藍藻資源化技術
    1.5 生物質(zhì)熱解技術
        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 熱解反應機理
        1.5.4 熱解技術的工藝流程
        1.5.5 影響生物質(zhì)熱解過程及產(chǎn)物組成的因素
    1.6 藍藻制取生物油的研究進展
        1.6.1 國外研究進展
        1.6.2 國內(nèi)研究進展
    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 實驗方法
    2.1 實驗試劑、原料和儀器
    2.2 實驗原料的預處理
    2.3 實驗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 實驗原料組成成分的分析
        2.4.1 化學組成成分的測定
        2.4.2 元素分析
        2.4.3 工業(yè)分析
    2.5 Mg-Al復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 催化裂解反應裝置
        2.6.2 催化裂解實驗步驟
        2.6.3 產(chǎn)物產(chǎn)率的計算
    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 藍藻真空裂解的研究
    3.1 藍藻的熱重曲線
    3.2 藍藻的紅外光譜分析
    3.3 反應溫度對藍藻真空裂解的影響
    3.4 反應時間對藍藻真空裂解的影響
    3.5 反應產(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 藍藻真空催化裂解的研究
    4.1 反應溫度對藍藻真空催化裂解的影響
    4.2 反應時間對藍藻真空催化裂解的影響
    4.3 催化劑用量對藍藻真空催化裂解的影響
    4.4 正交試驗
    4.5 反應產(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 藍藻常壓催化熱裂解的研究
    5.1 反應溫度對藍藻常壓催化熱裂解的影響
    5.2 反應時間對藍藻常壓催化熱裂解的影響
    5.3 催化劑用量對藍藻常壓催化熱裂解的影響
    5.4 氮氣流量對藍藻常壓催化熱裂解的影響
    5.5 正交試驗
    5.6 反應產(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
作者簡介
致謝

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本文編號：2866710