赤泥及其组分氧化物对玉米秸秆催化热解生物油影响规律的研究

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生物质催化热解技术能够实现生物油特定组分的定向富集,受到越来越多的关注,作为工业排放废弃物的赤泥对生物质热解具有显著的催化作用。为了更加全面的探究赤泥催化作用,本文以玉米秸秆为原料,研究赤泥煅烧温度及添加量、赤泥氧化物组分(Al2O3、Fe2O3、Ca O、Si O2和TiO2)及其交互作用对生物油组分分布的影响规律。结果表明:1. 赤泥煅烧温度是影响生物油组分分布的重要因素。对于干燥和600℃、700℃、800℃煅烧的赤泥,生物油组分变化的规律为随着赤泥添加量增加,酮基化反应增强,即酸类相对含量逐渐降低,酮类相对含量逐渐增加;对呋喃类化合物有较高的选择性,对醛类化合物的生成有抑制作用;但对醇类的影响则不同,干燥和600℃煅烧的赤泥能够抑制醇类的生成,而700℃和800℃煅烧的赤泥能够促进醇类的生成。900℃和1000℃煅烧的赤泥催化作用较弱:促进酸类和酮类的生成,而抑制醛类的生成。2. 五种氧化物对生物油组分影响各不相同。Al2O3能够促进醇类化合物的生成。Fe2O3能够抑制苯并呋喃类和醛类化合物的生成。Ca O能够促进苯并呋喃类、酮类和酚类化合物的生成,抑制酸类和醛类化合物的生成。TiO2对生物油组分无明显影响。Si O2能够抑制苯丙呋喃类化合物的生成。3. 氧化物之间一级交互作用对生物油组分分布具有显著影响。同时添加Fe2O3、Ca O、TiO2和Si O2,能得到最高的2,3-二氢苯并呋喃相对含量,其中Fe2O3和Ca O的交互作用具有高度显著影响,Si O2和Ca O的交互作用会增强Ca O的催化效果。同时添加Fe2O3、Ca O和TiO2能得到最高的醇类相对含量,三种氧化物两两之间交互作用均为高度显著影响,其中Fe2O3和Ca O交互作用影响最大。同时添加Al2O3、Ca O和Si O2能得到最高的酚类相对含量,Si O2与Ca O和Al2O3的交互作用对木质素裂解具有高度显著作用。添加Fe2O3能得到最高的呋喃类相对含量,其他氧化物与Fe2O3的交互作用会降低呋喃类含量。添加Ca O能得到最高的酮类相对含量,Fe2O3会削弱Ca O对酮类生成的促进效果,而Ca O与其他三种氧化物交互作用对指标影响不显著。同时添加Ca O和Si O2能得到最低的酸类相对含量,Si O2本身对指标的影响不显著,但二者交互作用增强了Ca O的降酸效果。同时添加Al2O3、TiO2和Si O2能得到最高的醛类相对含量,其中Al2O3和TiO2的交互作用大于两者分别单独催化作用,Si O2本身对指标影响不显著,但会增强对Al2O3的催化作用。综上所述,不同温度煅烧的赤泥对生物油组分分布具有一定程度的影响,其催化作用机制主要受各组分氧化物及氧化物间交互作用影响。本研究为进一步改进赤泥催化剂,提高资源利用率,加速生物质催化热解定向制取高附加值化学品的研究提供数据支持和参考。
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