食品添加剂文参考文献教程

更新时间:2023-12-27 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:13228 浏览:57591

项目编号:[112107]

复旦大学本科生学术研究资助计划

(FDUROP)

曦源项目结题报告

课题名称烟秸秆水热液化产物分布研究

项目负责人邱文翰

院系环境科学与工程系

导师张士成

填表日期2016.3.21

复旦大学教务处制表

曦源项目结题须知

学年春季学期第周,已经中期报告的同学,可以申请结题.个人生活照及与导师合影照片fdurop.fudan.edu.)—>,"资源"—>,"表格下载".

本说明及附录页无需作为结题报告组成部分提交.

项目基本信息

项目

负责人姓名性别学号院系专业固定手机电子邱文翰男08300740017环境科学与工程学系环境科学3310021990090300131512101321308300740017@fudan.edu.项目

其他成员沈喆韡女08300740028环境科学与工程学系环境科学31010119891116004X1391790484008300740028@fudan.edu.指导

教师姓名工号单位固定手机电子张士成05469复旦大学环境科学与工程系021-6564229713661583290zhangsc@fudan.edu.研究成果成果形式□论文□报告□其他成果是否发表□是□否成果发表情况(包括发表论文题目,期刊名称,期刊类别,作者排序,发表日期,卷次和页码)

备注:1.项目成员如有变更,请及时登陆FDUROP网站修改,以便联系,

2.期刊类别指:SCI(ScienceCitationIndex,科学引文索引),EI(EngineeringIndex,工程索引),ISTP(IndextoScientific&,TechnicalProceedings,科技会议录索引),SSCI(SocialSciencesCitationIndex,社会科学引用索引)等.

二,结题报告

烟秸秆水热液化产物分布研究

环境科学与工程系邱文翰沈喆韡

指导老师张士成

摘 要:本实验以烟秸秆为原料,去离子水为介质,在2MPaN2压力,温度区间240℃到340℃的条件下,直接液化烟秸秆.重点研究在亚临界水条件下,烟秸秆液化产油率及产物的性质,探究不同温度,固液比,反应停留时间对反应的影响,得出最优的反应条件,为进一步探究生物质水热液化的综合利用提供参考.

关 键 词:生物质,烟秸秆,水热液化反应,最优反应条件

Abstract:Theexperimentsinthispapertreatedthetobaccostalksasrawmaterialanddeionizedwaterassolventunderthepressureof2MPaN2andtemperaturerangingfrom240℃to340℃inasealedoven.Focusonthesub-criticalwater,theoptimalliquefactionconditions,liketemperature,solid-liquidrationandreactiontime,areexplored.Furtherexplorationsareneededforprehensiveutilizationofbiomass.

Keywords:BiomassTobaccostalkHydrothermalliquefactionOptimalcondition

1引言

烟草适应性强,在我国南北各地都可生长,是一类重要的经济作物.目前,人们广泛利用烟草叶片,烟秸秆作为烟草种植,加工的副产品,随着烟草的大面积种植,大量产生.有数据显示,我国烟叶种植面积逾1500万亩,按平均每亩种植1250株的移栽密度,每株产生烟秸秆0.2公斤计算,每亩烟田可产生烟草秸秆0.25吨,即全国每年将产生375万吨烟秸秆.[1]然而,烟秸秆不宜被当作燃料,也不适合还田作肥料,由于缺乏适宜的利用技术,每年在摘收烟叶之后,烟秆即变成废料.烟秸秆若被丢弃于田间地头则会形成固体废弃物,不仅占用场地,其浸出液还会污染土壤,若被晒干焚烧则会造成大气污染.如何综合利用烟秸秆资源,"变废为宝"是一个值得研究的问题.

生物质是一种可再生新能源.可持续发展要求资源存量保持稳定,即对化石燃料等不可再生资源的利用率应该低于生物质等再生性替代资源的增长率.目前化石燃料的不断上涨,尽管存在人为因素的影响,但在一定程度上还是反映了化石燃料越来越稀缺的现状,如何更好地开发,利用生物质等可再生的替代资源已经成为国内外科学家研究的热点.

我国是生物质资源丰富的国家,仅农作物秸秆每年可产生7亿吨,其中至少有2亿吨可以用作生物质能源的原料.[2]研究如何将低品位的生物质能源转化为高品位的生物质能源,实现生物质资源的综合利用的技术,很有意义.

生物质液化作为综合利用生物质资源的技术,西方各国对它的研究从20世纪50年代已经开始.从最初的纯粹热法[3],到添加催化剂反应[4],再到直接液化[5],该技术在几十年间得到不断改进.最近,AYHAN等人在超临界状态下分别使用丙酮,甲醇,水为溶剂,直接液化农业剩余物制备生物油.这预示着生物质液化技术在未来将朝低能耗,高效率的快速液化发展.[6]

生物质液化技术在我国起步较晚,20世纪90年代末,国内才开始接触到生物质液化技术.经过若干年的探索研究,在国内对该技术的研究已经进入快速发展时期.中科院及各大高校都已经开展了一系列探索性工作,并取得了阶段性成果.[7]然而,如何将液化产物真正应用到化工以及能源行业的技术仍旧不成熟,这已经成为了生物质液化技术发展的瓶颈.

基于以上现状,本项目以绿色溶剂——水作为介质,烟秸秆为原料,采用直接液化法制取生物油.通过优化烟秸秆液化的条件,探索烟秸秆液化机理,为实现烟秸秆能源化综合利用提供参考.[8]

2实验部分

2.1实验材料与试剂

2.1.1实验材料预处理

烟秸秆,将烟秸秆用粉碎机粉碎,过50目筛网去杂,放入105℃烘箱烘烤24小时,密封袋干燥备用.烟秸秆灰分的元素成分和含水率见表1.

单位:%表1,烟秸秆及其灰分的元素成分和烟秸秆含水率

物质

C

H

N

含水率

2.1.2实验试剂

本实验用到去离子水,四氢呋喃(色谱纯),(分析纯)等试剂.

2.2实验仪器与过程

主要仪器有:250ml高压磁力反应釜(锆)(山东威海汇鑫化工机械有限公司生产),溶剂过滤器,旋转蒸发仪,美国Thermoelectron公司生产的型号为focusDSQ的气相色谱和质谱联用仪(GC-MS).

具体的实验步骤及产物组成

图1表示的是烟秸秆液化的基本步骤

图1.烟秸秆液化的主要物质与获取步骤

实验前,按照一定固液比要求,称量所需的干燥预处理后的烟秸秆粉末和去


离子水.

(2)将烟秸秆粉末与去离子水分批倒入反应釜内,组装反应釜,确定反应温度,调整升温程序,使得反应升温阶段控制在35分钟,开启搅拌子,并向反应釜内通2MpaN2.待充分搅拌一段时间后,开启升温程序,开始加热,每分钟记录一次压强和温度等实验数据.

(3)待反应釜内温度达到预设反应温度,停留一段反应时间,反应釜控温程序自动结束,反应终止.反应结束后,打开反应釜体的冷却水管进行冷却.

(4)打开反应釜,收集反应釜内的液化产物,清洗反应釜.

(5)溶液过滤器内加水相过滤膜将反应产物分为固,液两相.使用分液漏斗将液相用萃取出液相中的生物油II.剩余水溶液,放入称重后的干净烧杯,在105℃烘箱烘干,称重计算,得出水溶相产物II的产率,固相用色谱纯的四氢呋喃萃取后,再用加有机膜的溶液过滤器过滤出液态相生物油I和残渣.残渣和滤膜放在称量后的干净坩埚内,在105℃烘箱烘烤6小时后取出,测其质量,计算残渣率.

残渣率等于(残渣质量/初始烟烟秸秆质量)×100%

(6)将生物油与萃取剂的混合物倒入称量后的干净茄形瓶内,利用旋转蒸发仪将生物油从萃取液中分离出来,测其质量,并计算产油率,有机溶液回收.

产油率等于(生物油质量/反应取得混合物的质量)×100%

由图1知,实验中产生两种不同的液化生物油,一种是从实验后固相中用四氢呋喃萃取出来的生物油(下文简称生物油I),另一种是从液相中用萃取出来的生物油(下文简称生物油II).下文不做具体说明的生物油产率即指生物油I的产油率.固相中萃取出生物油过滤后,剩余物质烘干后即为残渣.

(7)将实验所得的生物油进行GC-MS分析.

3结果与讨论

3.1烟秸秆液化影响因素分析

3.1.1液化温度的影响

温度对液化过程影响显着,图2是固液比固定为1:5时,不同温度下产油率情况.具体实验用量是20g烟秸秆,100ml去离子水.

图2.温度对液化产油率的影响

由图2可见,生物油I的产率随温度变化有先上升后下降的趋势,而生物油II则是先下降后上升,残渣的产率的情况是先上升后下降.在整个反应结果中,300℃为各产物产率变化的拐点,而生物油总产率基本随温度上升呈递增趋势.生物油I和生物油II的产率随温度的变化呈相反趋势.

3.1.2反应时间的影响

反应时间对液化过程有一定影响,图3是反应温度为300℃条件下,固液比为1:5,具体实验用量为烟秸秆粉末20g,去离子水100ml,不同反应时间的液化情况.选取的反应时间对照组分为,5min,10min,15min,20min.

图3反应停留时间对烟秸秆液化产量的影响

由图3可知,反应停留时间对烟秸秆液化产油率具有一定影响.总产油率和生物油I先随时间的增加而增加,在10min时达到峰值,之后随着时间的增加而减少,与残渣率的变化趋势相反.另一方面,生物油II与水溶相产物II的变化情况不明显.可能的原因为,随着反应时间的增加,一开始可以将未来得及反应的物质反应得到生物油I并使得残渣率降低.之后,随着反应时间的不断增加,反应釜内重新发生聚合反应,生物油产量降低,残渣量上升.反应停留时间10min为拐点.

3.1.3固液比的影响

固液比对液化过程的产油率影响显着,图4是在反应温度为300℃条件下,反应时间为10min,不同固液比对产油量的影响.选取的固液比组分为1:2.5,1:5,1:10,1:15.具体实验用量为烟秸秆粉末5g,根据不同固液比调整去离子水用量.

图4固液比对烟秸秆液化产率的影响

由图4可知,固液比对烟秸秆液化产量具有较为明显的影响.总产油率与生物油I的产率随着固液比的增加而增加,在1:10时达到峰值,此后固液比的增加对产油率的影响并不明显.因此,1:10的固液比比率为优化的反应条件.

综上所述,本课题探究的最优的烟秸秆水热液化反应条件:温度300℃,反应停留时间10min,固液比1:10.

3.2液化产物的成分分析

3.2.1生物油I的成分分析

通过GC-MS的测定,得出液化产物的主要成分.图5,图6,图7分别列举了实验温度为300℃,320℃,340℃,固液比20%,反应时间为10min时,生物油I的GC-MS图.表2表示不同温度下液化产物中主要的化学成分.

图5.生物油I的GC-MS图谱(300℃)

图6.生物油I的GC-MS图谱(320℃)

图7.生物油I的GC-MS图谱(340℃)

表2.不同温度下生物油I的化学成分含量

Name

olecularW

ight

Temperature

300℃

320℃

340℃

酸类

%Area

%Area

%Area

Octadec-9-enoicacid

282

28.36

32.40

17.30

n-Hexadecanoicacid

256

14.79

22.62

11.54

酚类

Phenol

94

3.93

6.56

Phenol.4-methoxy-3-methyl-

138

2.84

Phenol.4-ehtyl-

122

4.98

Phenol.4-ethyl-2-methoxy-

152

5.41

4.36

3.64

Phenol.2-methoxy-4-propyl-

166

2.78

1.95

Phenol.2-methoxy-

124

14.54

7.53

Phenol.2,6-dimethoxy-

154

5.19

Mequinol

124

10.87

环戊烯类

2-Cyclopenten-1-one.2-methyl-

96

3.57

4.69

3.88

2-Cyclopenten-1-one.3-methyl-

96

4.32

2.39

2-Cyclopenten-1-one.3,4-dimethyl-

110

3.94

6.78

8.09

2-Cyclopenten-1-one.2,3-dimethyl-

110

3.74

4.78

4.58

2-Cyclopenten-1-one.2.3.4-trimethyl-

124

2.21

3.59

6.01

2-Cyclopenten-1-one.3.4.4-trimethyl-

124

9.05

Butanoicacid.4-hydroxy-

104

2.35

2.28

由表2可知,在300℃,320℃,340℃时相对含量最多的物质均是9-十八碳烯酸2000,34,355-365.

[3]R.H.Liu,X.F.Yu.Effectsofbiomasastpyrolysiskeyparametersonyieldsanddistributionsofproducts.TransactionsoftheCSAE.2003,19,204-208.

[4]H.R.Appell,I.Wender,R.D.Miller.Convertinganicwastestooil.

BureauofMineReportofInvestigations.1971.

[5]S.H.Lee,T.Ohkita.Rapidwoodliquefactionbysupercriticalphenol.

WoodScienceandTechnology.2003,37,29-38.

[6]AYHAN.ConversionofAgriculturalResiduestoFuelProductsviaSupercriticalFluidExtraction.EnergySources.2004,26,1095–1103.

[7]孙培勤,臧哲学等.生物质高压液化生物油的研究进展.现代化工.2016,3,22-28.

[8]胡伟,姚文喜等.烟杆裂解实验研究[J].可再生能源.2016,10.

[9]RogalinskiT,LiuK,AlbrechtT,BrunnerG.Hydrolysiskiicsofbiopolymersinsubcriticalwater.JournalofSupercriticalFluids.2016,46,335-41.

[10]MokWSL,AntalMJ.Uncatalyzedsolvolysisofwholebiomasshemicellulosebyhotpressedliquidwater.Industrial&,EngineeringChemistryResearch.1992,31,1157-61.

[11]LiuA,ParkYK,HuangZ,WangB,AnkumahRO,BiswasPK.Productidentificationanddistributionfromhydrothermalconversionofwalnutshells.Energy&,Fuels.2006,20,446-54.

致谢:

本项目全程得到了张士成老师的悉心指导与帮助.张老师的严格要求,细心谨慎与渊博的学识,使我不论在学术上以及为人方面都受到了深深的感染.谨以此,向张士成老师致以衷心的感谢.

同时,感谢张良学长,李长军学长在本项目进行过程中给予的启发与帮助.

也感谢一直以来与我共同进行此项目实验的沈喆韡同学.

最后,感谢复旦大学本科生学术研究计划的资助,使得我们本科生有这样一个平台,培养自身学术修养,锻炼实验能力.

三,指导老师评语

指导教师:

年月日

基本评定课题完成情况:□按计划完成,取得预期成果

□基本完成,但与预期目标尚有差距

□未达到预期目标成果的创新性:□很好

□较好

□一般

□没有创新之处成果学术水平:□成果优秀,已发表论文

□成果优秀,建议发表论文

□学术水平较高,成果整理后可发表论文

□学术水平尚可,但尚未达到发表论文水平

□整个过程符合学术规范,但成果水平一般

□不符合学术规范,成果水平较差综合评价与

建议

评审结果□同意结题□修改后再评审□不同意结题四,评审意见表

评审老师:

年月日

五,课题财务日志

项目类型□莙政□望道□曦源□上海大学生创新活动计划□国家大学生创新性实验计划项目编号112107日期费用事项费用信息费用实际费用2016.4.3烟秸秆原料购置托运费和原料费$1000$10002016.4.13化学药品购写四氢呋喃(色谱纯),(分析纯)等$1000$23802016.4.17玻璃仪器购写旋蒸瓶,抽滤瓶等$1800$15962016.5.1—2016.3.10实验台搭制及维护仪器安装,调试,检修,维护$1100$10952016.7.1—2016.3.13GC—MS分析$50/样,共送检18组极性与非极性样品$2000$18502016.5.1-2016.3.10其他化学成分检测元素分析,气相吸附BET分析,核磁共振分析$2000$10552016.5.1-2016.3.10交通与联络$1100$957合计$10000$9933注:不够可加页.

学生签字:

导师签字:

日期:

附录1,FDUROP财务记录制度

财务日志记录课题经费使用情况,要求根据实际情况,按日期分类记录每笔经费支出.

费用事项为:①书籍,文献信息费用②实验材料费用③仪器测试,分析费用④会议,差旅费⑤发表文章费用⑥其它费用

费用信息为:①书籍,文献信息费用,包括购写所需书籍,查询文献,专利信息的费用,打印和复印资料的费用,②实验材料,包括实验所需原材料,试剂药品,易耗实验器材,需注明名称,单价及数量,③仪器名称,价值,使用次数及时间,④会议名称,地点和组织单位,⑤版面费,⑥其它费用的具体使用情况

所购写书籍在课题结束之后将统一捐献给所属院系资料室*,文献,专利信息可由指导老师负责处理.

仪器测试,分析费用分为费用和实际费用两类,费用指测试所需花费,实际费用指实际支出.如某次测试由校外送测需收折旧,人工等费用二万元,而对本校师生免费,则该测试费用为二万元,实际费用为零.

会议差旅制度参照学校财务处制度(交通,住宿,生活费等)实行.

版面费仅用于由该学生作为第一作者的论文(导师第一作者的,学生可以是第二作者).

项目经费不得用于购写电脑及其配件.

合计费用一栏,实际费用一项将各类合计即可,费用一项即将测试分析费用的虚拟费用加上其他各类费用.

在参加中期报告前一周,将中期报告前的财务日志电子版发送至院系曦源项目管委会负责人,并在中期报告时当场递交纸质版.结题时,须将《日志》(项目全程)与结题报告一起上交.财务日志将作为结题考核指标中的一项内容.

附录2,曦源项目结题报告格式要求

结题报告一般分两个部分,表格部分和论文部分,此外还可以根据自己的需要提供各种形式的附录.表格部分请在网站上下载"曦源项目结题报告",根据要求认真填写.结题报告的论文部分必须包含题目,作者姓名和院系,指导教师姓名和单位,中英文摘 要,关 键 词,引言(前言),正文,注释,参考文献,后记(致谢)和导师评语.具体要求如下:

页面设置:保留word默认设置(A4,页边距左3.17,右3.17,上2.54,下2.54,装订线0,页眉1.5,页脚1.75)

段落:在格式选项下的段落设置选项中,"缩进"选0字符,"间距"选0行,"行距"固定值20磅,"特殊格式"选(无).

字体和字号:中文字体一般用宋体(有特殊要求的除外),英文用TimesNewRoman字体

论文题目字号为小二号,加粗,居中,若有副标题,则用小三号,加粗,居中.

作者院系,姓名为小四号,加粗,居中,

指导教师姓名为小四号,加粗,居中,

摘 要,关 键 词字号为五号,"摘 要"和"关 键 词"加粗,(中文首行缩进两个中文字符,英文则顶格)

引言(前言)标题字号为四号,加粗,居中,其他文字字号为小四号.

正文各类标题(包括"参考文献"标题)加粗,一级标题用四号字体,二级标题,标题用小四号字体,正文其他为小四号,