玉米秸秆分级直接液化机理的研究

Direct liquefaction technology is a new type of biomass thermally chemical conversion technology for the purpose of the preparation of liquid products. This topic to be representative of the agricultural waste cornstalk as the research object, in order to reveal the cornstalk lignin, cellulose ethanol pretreatment in classification directly after low temperature liquid reaction mechanism and to ring carbonate as liquefied agent on the product form for the purpose, the influence law of the substrate add, model content control research methods, with the aid of quantitative advanced analysis test means, the cornstalk lignin, cellulose, such as the pretreatment of the components and their classification characteristics in direct liquefaction process, the changing law to make a clear expression. Discussing the structure of the pretreatment ethanol lignin characteristics and liquefaction biological oil component form relationship, the liquefaction agent to direct liquefaction reaction mechanism and the influence of the control approach. The research work in order to improve the agricultural waste cornstalk lignin macromolecule in liquefied agent direct liquefaction gasification process of transformation efficiency, improve the preprocessing of lignin recycling, development direct liquefaction clean and effective energy change using new technology, new technology to provide research foundation and theoretical guidance for straw cryogenic direct liquefaction process biological oil component of the formation mechanism and its control way, to provide theoretical basis for scientific problems.

本课题以农业废弃物玉米秸秆为研究对象，通过研究玉米秸秆在预处理分级后直接液化的反应机理，探讨玉米秸秆预处理乙醇木质素的结构特性与液化生物油组分形成的关系。研究工作为提高农作物玉米秸秆木质素大分子直接液化过程中的转化效率、开发直接液化清洁高效能源化利用新技术提供研究基础与理论指导。利用分级直接液化手段处理农作物玉米秸秆，并利用其液化产物合成新型高分子材料或作为生物能源的来源，是合理有效利用农业剩余物的新途径。该研究通过玉米秸秆直接液化机理及动力学研究搞清液化过程中各主要成份(木质素、纤维素和半纤维素)的行为、化学反应和控制液化反应的关键因素，将对指导和控制液化反应具有重大理论价值。

本课题对农业废弃物玉米秸秆及从其直接分离的纤维素、半纤维素和木质素进行了常压酸催化多元醇液化试验的研究，并对它们所得液化产物的化学组分进行定性及半定量分析，旨在更清晰地了解玉米秸秆在酸催化多元醇液化过程中的机理，为非木材生物质高效液化条件的选择以及液化产物制备生物燃油和化学品提供理论基础与应用支持，促进生物质资源的高效利用及其生物质基产品的开发。.首先，利用单因素法确定了玉米秸秆液化时优化工艺参数：二甘醇（diethylene glycol，DEG）与1,2-丙二醇（1,2-propanediol，PG）的复配比例为1:2，催化剂H3PO4的用量为10%，液化温度为170 ℃，反应时间为45 min，液固比为5:1；此时玉米秸秆的液化得率高达99.50%。.其次，直接从玉米秸秆中分离具有代表性的半纤维素、木质素及纤维素，并对它们的化学结构分别进行研究。在优化液化条件下，对玉米秸秆及三组分分别进行液化实验，以便探究三组分液化的难易程度以及玉米秸秆液化残渣的来源，并研究了木质素在常压H3PO4催化PG/DEG液化时的反应路径。结果表明，在常压酸催化多元醇液化的过程中，木质素、纤维素和半纤维素都发生液化降解，其液化从易到难的顺序为：半纤维素>木质素>纤维素，但在较高温度下，半纤维素液化降解的小分子容易重新聚合或与PG/DEG发生聚合反应生成不溶性物质，使其残渣率最高。.玉米秸秆液化残渣的生成路径主要有三种：一种是纤维素降解生成的PG/DEG-葡萄糖苷、5-羟甲基糠醛（HMF）和乙酰丙酸等一系列化合物可以相互之间或者与PG/DEG之间发生聚合反应生成大分子物质或未反应完全的纤维素碎片；另一种是木质素或半纤维素降解的小分子间相互反应生成的聚合物；还有一种是三组分降解产物之间相互反应或者与液化剂PG/DEG反应生成的不溶性物质。.最后，对玉米秸秆、纤维素和半纤维素在不同反应时间下进行酸催化多元醇液化实验，并对液化产物及其液化机理进行了全面的分析。