复合溶剂液化制备乙酰丙酸乙酯的碳同位素分馏

利用单体稳定同位素分析(CSIA)技术研究C3、C4植物源原料液化生成乙酰丙酸乙酯(EL)过程中碳稳定同位素分馏特征。实验结果表明,在反应时间15 min内,C3、C4植物源原料液化生成EL的反应速率为木薯淀粉>玉米淀粉,杨木纤维素(P-C)>玉米秸秆纤维素(CS-C),杨木>玉米秸秆,液化生成EL过程中碳同位素比值的分馏速率为C3植物源原料>C4植物源原料,两者之间存在着直接的线性关系,液化反应速率较大时,δ^(13)C值的变化速率也大。结合瑞利方程量化液化过程中EL的^(13)C碳稳定同位素的富集程度,得到不同原料液化过程中富集因子大小为ε>ε,ε_(CS-C)>ε_(P-C),ε>ε,表明液化过程中碳同位素的富集程度与原料的δ^(13)C值相关,液化程度越大,δ^(13)C值变化程度越大,通过追踪反应过程中的碳稳定同位素分馏变化就可以反映其液化程度。此外,^(13)C同位素富集在中间产物5-羟甲基糠醛(5-HMF)上,而在最终产物EL中相对较少;由于动力学同位素效应的存在,发生化学反应后,^(12)C同位素在EL中逐渐富集,^(13)C同位素富集在5-HMF中,说明在试验过程中5-HMF→EL的路径占优势。由此可知,CSIA可用于C3、C4植物源原料液化过程的研究。

水混合溶剂在生物质液化中的应用研究进展

溶剂液化是生物质原料高效、综合利用的一种有效途径。相比单一溶剂水,混合溶剂体系可以降低反应的温度和压力、提高生物质的转化率、降低生物油中的氧含量以及提高目标产物的产率。本文综述了近年来常见的水混合溶剂体系,包括醇-水共溶剂、极性非质子溶剂-水体系和离子液体-水体系,在木质纤维生物质降解过程中的作用,特别是乙醇-水共溶剂、四氢呋喃(THF)-水共溶剂和γ-戊内酯(GVL)-水共溶剂在生物质液化中的应用特点,并给出了这些溶剂在生物质液化领域的不足及建议。最后,基于溶剂本身的经济价值、回收和安全性能的考量,指出低成本环保可持续液化溶剂的开发将是未来重点发展的方向。

水热液化制备5-羟甲基糠醛的碳稳定同位素分馏研究

对比了不同碳稳定同位素组成原料在水热液化制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)过程中碳稳定同位素分馏特征,研究原料的碳稳定同位素组成对5-HMF产率的影响。结果表明:木薯淀粉水热液化制备的5-HMF的最大产率为33.90%,高于玉米淀粉的29.93%,杨木纤维素(P-C)最大产率为31.00%,高于玉米秸秆纤维素(CS-C)的30.76%,竹粉和杨木的最大产率分别为13.00%和13.80%,高于玉米秸秆和玉米芯(分别为11.60%和12.53%)。在反应时间为15 min时,不同原料的反应速率如下:木薯淀粉0.301 g/(L·min)大于玉米淀粉0.128 g/(L·min),P-C为0.513 g/(L·min)大于CS-C的0.386 g/(L·min),竹粉0.133 g/(L·min)大于杨木0.124 g/(L·min),大于玉米芯0.117 g/(L·min),大于玉米秸秆0.097 g/(L·min)。δ_(^(13)C)值较小的原料(木薯淀粉、P-C、杨木、竹粉)反应过程中的δ_(^(13)C)值在反应初期的变化速率大于δ_(^(13)C)较大的原料(玉米淀粉、CS-C、玉米秸秆和与玉米芯)。水热过程中存在稳定同位素动力学效应,^(13)C同位素较富集的原料参与反应需要的能量更多,反应速率慢,5-HMF的产率低。液化过程中结构简单的原料稳定同位素分馏影响较大;液化程度越大,δ_(^(13)C)的变化程度越大。

木质纤维水热液化研究进展

水热液化是木质纤维生物质的热转化方法之一,其因以水作为溶剂被认为是环境友好型技术。本文综述了木质纤维生物质水热液化的研究进展,对木质纤维生物质的水热液化产物分析策略进行概述。分析了纤维素、半纤维素和木质素等木质纤维生物质组分的水热液化机理以及水热液化产物组成和分布。讨论了反应温度、反应时间、催化剂和助溶剂等对木质纤维水热液化的影响,重点介绍了生物油、不凝性气体和固体残渣等液化产物的表征手段。最后对未来木质纤维水热液化发展方向提出了建议。