生物質(zhì)相比于現(xiàn)在普遍使用的化石燃料,儲量豐富而且環(huán)境友好,有廣闊發(fā)展前景。但其中的酸性和不飽和物質(zhì)導致生物油品質(zhì)和穩(wěn)定性不高,而對生物油進行加氫和酯化可以解決這一問題。醛酮與酸的一步加氫酯化反應可以實現(xiàn)加氫和酯化同時進行,降低了反應設備的復雜性和能耗。電化學氫泵反應器是一種新興的加氫反應器,通過電化學原位產(chǎn)生催化劑吸附氫實現(xiàn)加氫反應常壓進行,同時易于實現(xiàn)不同過程的高效耦合。本文采用生物質(zhì)中大量含有的丁酮和乙酸作為模型化合物,在電化學氫泵反應器中進行一步加氫酯化反應,生成仲丁醇和乙酸仲丁酯。首先通過聚苯并咪唑（PBI）膜與Nafion115膜進行對比實驗,優(yōu)選適宜于有機反應液體系的質(zhì)子交換膜。實驗結(jié)果表明,相同反應條件下,雖然PBI膜耐溶脹,但質(zhì)子傳導率較低,因此PBI-電化學氫泵反應器的加氫性能僅約為Nafion115-電化學氫泵反應器的45%,因此采用Nafion115膜進行研究。進而,對一步加氫酯化反應的操作參數(shù)進行了優(yōu)化。40℃為反應的最適溫度,在實驗選擇的較小電流密度范圍內(nèi),不同電流密度下丁酮乙酸一步加氫酯化反應的電流效率穩(wěn)定在約90%。隨著反應時間的延長,由于產(chǎn)物抑制,電化學... 

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 文獻綜述
    1.1 生物質(zhì)研究綜述
        1.1.1 生物質(zhì)能源研究背景與意義
        1.1.2 生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化途徑
    1.2 生物質(zhì)的加氫轉(zhuǎn)化
        1.2.1 傳統(tǒng)高壓加氫
        1.2.2 傳統(tǒng)電化學加氫
        1.2.3 電化學氫泵加氫
    1.3 電化學氫泵加氫的研究進展
        1.3.1 電化學氫泵加氫機理
        1.3.2 電化學氫泵加氫催化劑
        1.3.3 電化學氫泵的加氫過程耦合
        1.3.4 電化學氫泵關(guān)鍵技術(shù)
        1.3.5 膜電極的制備
    1.4 生物質(zhì)的酯化轉(zhuǎn)化
    1.5 生物質(zhì)的一步加氫酯化
        1.5.1 生物質(zhì)中的一步加氫酯化
        1.5.2 雙功能催化劑用于一步加氫酯化
    1.6 論文研究思路及內(nèi)容
2 電化學氫泵反應器中丁酮乙酸一步加氫酯化的質(zhì)子交換膜
    2.1 實驗部分
        2.1.1 實驗材料及試劑
        2.1.2 實驗儀器及設備
        2.1.3 Nafion115和PBI膜吸液率、溶脹度的測試
        2.1.4 Nafion115和PBI膜質(zhì)子傳導率的測試
        2.1.5 一步加氫酯化主要反應物、產(chǎn)物的物理性質(zhì)
        2.1.6 膜電極的制備
        2.1.7 電化學氫泵的組裝
        2.1.8 電化學氫泵反應器丁酮乙酸一步加氫酯化
        2.1.9 電化學氫泵反應性能的表征和產(chǎn)物檢測
    2.2 Nafion115和PBI膜性能分析
        2.2.1 吸液率、溶脹
        2.2.2 質(zhì)子傳導率
    2.3 Nafion115和PBI膜用于電化學氫泵反應器的性能對比
        2.3.1 加氫性能
        2.3.2 酯化性能
        2.3.3 反應前后MEA對比圖
    2.4 本章小結(jié)
3 基于Nafion115膜的電化學氫泵反應器一步加氫酯化的研究
    3.1 實驗部分
        3.1.1 實驗材料及試劑
        3.1.2 實驗儀器及設備
        3.1.3 電化學氫泵反應器丁酮乙酸一步加氫酯化
    3.2 反應溫度的影響
        3.2.1 電化學氫泵反應器的加氫性能
        3.2.2 電化學氫泵反應器的酯化性能
        3.2.3 外加電壓隨反應溫度的變化
    3.3 反應時間的影響
        3.3.1 電化學氫泵反應器的加氫性能
        3.3.2 電化學氫泵反應器的酯化性能
        3.3.3 外加電壓隨時間的變化
    3.4 電流密度的影響
        3.4.1 電化學氫泵反應器的加氫性能
        3.4.2 電化學氫泵反應器的酯化性能
        3.4.3 外加電壓隨電流密度的變化
    3.5 反應物比例的影響
        3.5.1 電化學氫泵反應器的加氫性能
        3.5.2 電化學氫泵反應器的酯化性能
        3.5.3 外加電壓隨反應物比例的變化
    3.6 本章小結(jié)
4 電化學氫泵反應器一步加氫酯化的過程強化研究
    4.1 實驗部分
        4.1.1 實驗材料及試劑
        4.1.2 實驗儀器及設備
        4.1.3 電化學氫泵丁酮加氫裝置
        4.1.4 電化學氫泵用于仲丁醇與乙酸酯化裝置
        4.1.5 常規(guī)液相回流仲丁醇乙酸酯化裝置
    4.2 一步加氫酯化對加氫的強化
        4.2.1 不同反應溫度下的加氫反應強化
        4.2.2 不同反應時間下的加氫反應強化
        4.2.3 不同電流密度下的加氫反應強化
    4.3 一步加氫酯化與對酯化對比的強化
        4.3.1 不同反應溫度下的酯化反應強化
        4.3.2 不同反應時間下的酯化反應強化
        4.3.3 不同電流密度下的酯化反應強化
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
論文創(chuàng)新點及展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]能源革命:從化石能源到新能源[J]. 鄒才能,趙群,張國生,熊波.  天然氣工業(yè). 2016(01)
[2]基于聚苯并咪唑PBI的質(zhì)子交換膜[J]. 蘇靜.  科技傳播. 2012(05)
[3]“催化接觸器”型膜反應器的研究進展[J]. 周永華,葉紅齊,陳春輝.  工業(yè)催化. 2007(11)
[4]Studies on Production of Biodiesel by Esterification of Fatty Acids by a Lipase Preparation from Candida sp. 99-125[J]. 鄧利,聶開立,王芳,譚天偉.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2005(04)
[5]PEMFC用親水型薄層MEA的制備及其性能[J]. 馬建新,衣寶廉,張華民.  電化學. 2005(01)
[6]燃料電池用改性PBI膜研究進展[J]. 劉啟志,浦鴻汀.  高分子材料科學與工程. 2005(01)

博士論文
[1]生物油提質(zhì)模型化合物醛、酸、酚轉(zhuǎn)化的研究[D]. 于萬金.浙江大學 2012
[2]醛酸一步加氫酯化（One-step Hydrogenation Esterification, OHE）新反應研究[D]. 唐楊.浙江大學 2011
[3]PPESK中空纖維氣體分離膜的研究[D]. 富海濤.大連理工大學 2007
[4]PPESK中空纖維超濾膜、納濾膜的研究[D]. 楊永強.大連理工大學 2006

碩士論文
[1]質(zhì)子交換膜反應器用于生物油和CO2的加氫研究[D]. 陳偉.大連理工大學 2015
[2]電化學氫泵反應器用于生物質(zhì)基酮加氫的研究[D]. 王濤.大連理工大學 2015
[3]乙醛和乙酸多相一步加氫酯化雙功能催化劑體系研究[D]. 翁文靜.信陽師范學院 2012



本文編號：3672076