黃永杰

摘要：

當今世界，化石燃料逐漸枯竭，環(huán)境污染日益加劇，尋求可再生、無污染可替代新能源已成為當務之急。浮萍作為一種重要的可再生生物質因其結構簡單，光合作用效率高，培育周期短，灰分少，產量大等優(yōu)點而備受關注。為此，就浮萍生物油的制備及催化升級進行研究和探討。

關鍵詞：

浮萍；水熱液化；生物油；催化升級

中圖分類號：

TB

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198（2014）04-0191-02

1 原料浮萍的介紹

浮萍這種水生漂浮植物，體內以含有淀粉和糖類為主，因此在生物質能源生產上具有潛力。目前對浮萍的研究涉及污水治理、藥物提取及燃料乙醇生產等幾個方面。

2 浮萍的生理特性

浮萍是單子葉水生漂浮植物，常在靜水溝、水田、池塘等水體表面生長，生長速度快，適應性強，可以較好地去除污水中的氮磷元素。

浮萍在長期的進化中，衍生出一系列適應環(huán)境、快速生長的特征。主要包括以下幾個方面：一、結構簡單，光合效率高，培育周期短。二、分布極其廣泛，種類繁多，以此為原料生產燃料乙醇和生物柴油受季節(jié)、地域的限制較小，富營養(yǎng)化的淡水或咸水湖泊、海洋中都有其“身影”。三、具有可塑性，可通過改變環(huán)境條件等因素提高其體內生物質含量。四、能吸收和消耗污水中的氮磷等營養(yǎng)元素及吸附重金屬，對污水治理有顯著效果。五、浮萍的光合作用需要消耗大量二氧化碳，對環(huán)境保護有很大的貢獻。六、制成的燃料乙醇和生物柴油屬清潔能源，灰分少，無有害物質產生。

3 浮萍生物油的制備

3.1 原料浮萍的處理

用手將浮萍上的灰塵撮一撮并用篩子將灰塵除去，將浮萍放入100℃的烘箱內烘2小時，然后在粉碎機中粉碎兩分鐘，取出浮萍，放入原料瓶中備用。

3.2 料油的制備

（1）洗凈并吹干164ml的反應釜；（2）用稱量紙在分析天平上稱取40g浮萍，用標槍吸50ml去離子水，將去離子水和浮萍放入反應釜中并擰緊反應釜；（3）將反應釜迅速放入預先加熱至反應所需溫度以上50℃的鹽浴槽中，熱電偶插入反應釜內部的孔道中測量反應體系內部的溫度，暫時關閉加熱裝置，5分鐘達到反應所需溫度時開啟加熱裝置，開始計時并使用控溫儀，控溫精確度為反應所設溫度±2℃，在350℃下反應半小時；（4）達到時間后，將反應釜從鹽浴中取出并立即浸入冷水中冷卻以迅速終止反應，體系溫度在30秒內迅速降至室溫，十分鐘后取出反應釜，確保反應混合物完全冷卻，對反應釜進行減壓，打開出氣口閥門并用燒杯放置在出氣口處，收集從反應釜內噴出的反應產物，打開反應釜，將反應釜中的物質倒入燒杯中并用二氯甲烷沖洗反應釜，將清洗液一并倒入燒杯中；（5）用布氏漏斗過濾得到濾液，將濾液倒入分液漏斗中分液分去水；（6）將油分到100ml圓底燒瓶中，然后在35℃下加熱旋蒸分離至009MPa；（7）取下圓底燒瓶用吹風機吹至質量基本不變，將油移到一個瓶子中備用，重復以上操作制備更多的油。

4 浮萍生物油的升級研究

4.1 實驗步驟

（1）取一定質量的浮萍生物油和一定質量的去離子水放入反應釜中，有時需要加入一定質量的硫化的Pt/C催化劑。密封反應釜，通入氣體約10min以趕盡釜內的空氣，通氣時保證流速緩慢均勻，因流速過快易導致所裝物料噴出，造成實驗誤差甚至失敗，待空氣完全趕盡后，擰緊出氣口閥門，按實驗要求充入不同壓力的氣體，充氣結束后擰緊進氣口閥門。

（2）將反應釜與加壓裝置斷開并放入超聲波中超聲約5min，拿出后吹干反應釜，將裝置好的反應釜迅速置入預先加熱至反應所需溫度以上50℃的鹽浴槽中，熱電偶插入反應釜內部的孔道中測量反應體系內部的溫度，提前30℃—40℃降溫至反應所需的溫度，提前5℃開始計時，在實驗溫度下反應一定時間。

（3）然后從鹽浴中取出反應釜并將反應釜放入冷水中冷卻以迅速終止反應，確保反應混合物完全冷卻后，取出反應釜并吹干，然后稱重放氣前質量，打開出氣口閥門并用氣袋收集氣體，用氣相色譜儀分析氣體。打開進氣口閥門，然后稱重得到放氣后質量，計算得到氣體質量。

（4）打開反應釜，用二氯甲烷將反應釜中產物回收到燒杯中并用二氯甲烷少量多次的清洗回收反應釜中殘留物質，將燒杯放入超聲波中超聲約3min。用分析天平稱三張濾紙并記錄其質量，將燒杯中的產物自然過濾，用一張濾紙將燒杯擦拭干凈，然后將三張濾紙和濾渣一起放入烘箱中烘干，計算得到濾渣的質量。

（5）過濾時濾液是直接過濾到分液漏斗中的，靜置一段時間后分液分去水。稱一個50ml圓底燒瓶的質量并記錄，將分液分去的水移入燒瓶中并在60℃下旋轉蒸發(fā)，直至燒瓶中沒有水的存在，計算得到水溶物的質量。

（6）稱約3g的無水硫酸鎂和一張濾紙并記錄它們的精確質量，用無水硫酸鎂干燥分液得到的油。然后將無水硫酸鎂和濾紙放入烘箱中烘干，計算得到吸附物的質量。

（7）用分析天平稱100ml的圓底燒瓶并記錄其質量，將干燥后的油移入100ml圓底燒瓶中，在35℃下旋轉蒸發(fā)分離至0.09MPa，用吹風機吹至質量基本不變并記錄其質量，計算得到改質油的質量。將油移入小瓶中并貼上標簽以便以后分析。升級油的產率計算如下：產率%=（

m升級油/m浮萍生物油）×100%。

4.2 實驗數據分析

4.3 改質油的紅外分析

圖1是對于不同催化條件下得到的改質油的紅外圖譜分析，我們選取了七個樣品進行測定。樣品都是在1.5g油、3.5g水，充氣體6MPa的實驗條件下得到的，催化劑是Pt/C-S。由圖中可知，七個樣品均在2900cm-1左右有吸收峰，是飽和烴C-H伸縮振動，說明改質油中有飽和烴的存在。生物油在2850cm-1到3000cm-1顯示出較強的吸收峰，這說明其中有高含量的甲基亞甲基。1650cm-1到1760cm-1之間的吸收峰表明酮或者羧酸中的C=O伸縮震動，這兩個區(qū)域的高強度震動表明生物燃油中有大量的酮存在。在1500—1700cm-1處有較寬的吸收峰，說明改質油中有醛、酮等的存在。1400—500cm-1處有吸收峰，說明改質油中有烷烴的存在。七個樣品中所含鍵的類型基本相同，但從峰的強弱可以看出，在CO，2h，0.15gPt/C-S的條件下得到的改質油的C-H振動最強，在CO，4h條件下得到的改質油的C-H振動最弱，其他各處峰的振動強弱和C-H振動類似。各個峰之所以有高有低，是因為在不同條件下改質升級后油中成分的相對含量不同。

5 結論

由實驗所得數據及原油和改質油的分析結果可知，在溫度為350℃，反應時間為4h，加入Pt/C-S催化劑的實驗條件下得到的改質油的品質較好，油的粘度低、顏色淺、味道正（有柴油的味道）。改質升級后油的C、H、O含量升高，N及S的含量降低，O/C及H/C的值升高，N/C的值降低，含有烷烴、醛、酮等化合物。

對得到的氣體進行氣相色譜分析，當實驗條件是1.5g油、3.5g水、350℃、氣體6MPa、17ml反應釜時可知：（1）2h時，在CO氣氛、不加催化劑的條件下，氣體主要是H2、N2、CH4、CO和CO2；在CO氣氛、加催化劑條件下，氣體主要是H2、O2、CO、CO2；在H2氣氛中，氣體主要是H2、N2、CO和CO2；（2）4h時，CO氣氛、不加催化劑時，氣體主要是H2、CO、CO2；CO氣氛、10%催化劑時，氣體主要是O2、CO2；CO氣氛、20%催化劑時，氣體主要是H2、O2、CO、CO2。

從總體上看，結果是令人滿意的，認為超臨界水中的催化升級過程是提高通過水熱液化法得到的浮萍生物質原油品質的一種有效的途徑與手段。但是對改質油進行進一步的升級和途徑最優(yōu)化仍然是有必要的。

參考文獻

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