[發明專利]一種超聲波-微波聯用液化生物質的方法

有效

• 申請號: 201310611458.6
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103642512A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 盧澤湘;范立維;吳正國;呂迪;廖益強;鄭德勇;黃彪
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: C10G1/00
• 分類號: C10G1/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于生物質化學品與能源領域，具體涉及一種超聲波-微波聯用液化生物質的方法。?

背景技術

隨著石油、煤炭、天然氣等化石資源的日益匱乏和全球性環境污染問題，高效利用可再生生物質顯得十分重要。目前，生物質的液化因具有液化率高、液化壓力和溫度較低、產物分布相對集中等優點，成為了由生物質轉化來獲取能源與化學品的有效途徑之一，應用前景十分廣闊。生物質傳統的液化方法是以硫酸、鹽酸、磷酸等液體酸作為催化劑，采用高壓釜式反應器，并在攪拌和傳統加熱方式下實現液化過程。為了獲得較高的生物質液化率，傳統方法中通常采用大于4的液固比（溶劑與生物質的質量比），有時甚至達到10以上。較高的液固比固然有利于生物質液化率的提高，但同時也顯著增加了溶劑回收的能耗，降低了生物質液化的經濟性。另外，傳統液化方法的反應時間也較長，最佳時間約為1h。因此，探尋高效、節能的生物質液化方法受到了科研工作者的廣泛關注。近十幾年，超聲波因其空穴效應作為一種傳質強化的手段和技術已廣泛應用于攪拌、液相混合、萃取分離等化工單元操作過程中，特別是它作為傳統漿式攪拌的一種替代和強化方式應用于一些化學反應過程中。另一方面，微波輻射可在分子水平上從內部對液體或固體進行均勻加熱，從而強化傳熱過程，這對于一些多相化學反應系統如液－固相催化反應是十分有利的。因此，將超聲波和微波聯用技術應用在生物質的液化過程中，通過超聲波替代攪拌以強化傳質，同時利用微波均勻快速加熱的特性來強化傳熱，從而有望實現生物質在低液固比下的高效液化，解決傳統液化方法的液固比大、能耗高和反應時間長等問題，為高效轉化生物質以獲取能源與化學品提供一種新方法。近幾年，超聲波-微波聯用技術發展迅猛，已受到眾多科研工作者的關注，但在生物質液化領域中的應用還未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超聲波-微波聯用液化生物質的方法。以硫酸、鹽酸、磷酸等液體酸作為催化劑，將超聲波—微波聯用技術應用在生物質液化過程中，由超聲波替代攪拌以強化傳質，同時由微波替代傳統加熱方式以強化傳熱，解決傳統液化方法的液固比大、能耗高和反應時間長等問題，實現生物質在低液固比下的高效液化。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種超聲波-微波聯用液化生物質的方法，包括生物質的預處理、生物質的液化和液化產物的分離。

所述的方法的具體步驟如下：

1）生物質的預處理：將生物質粉碎、篩分后于105℃下干燥12-24h備用；

2）生物質的液化：將1-10g預處理后的生物質、0.005-0.02mol液體酸催化劑和10-50g溶劑充分混合，置于超聲-微波協同萃取儀中。先采用微波（2450MHz，150-300W）預熱0.5-2.0min，然后在超聲波-微波（超聲波：40KHz，50W；微波：2450MHz，50-200W）同時輔助下催化液化生物質5-30min，所得液化產物備用；

3）液化產物的分離：將步驟2）的液化產物抽濾，濾渣用丙酮索式抽提4h、105℃鼓風干燥12h并稱重，計算生物質的液化率；濾液中加入50mL去離子水后，此時如有分層則進行分液操作并收集油相，如有固體懸浮物則進行過濾操作并收集固體濾渣，重復5次，合并收集的油相或固體濾渣即為生物質液化油。

生物質原材料是杉木、馬尾松、楊木、玉米芯中的一種或幾種的混合物。

步驟2）中所述的液體酸催化劑為硫酸、鹽酸、磷酸中的一種或幾種的混合物。

步驟2）中所述的溶劑是乙醇、聚乙二醇400、丙三醇、正辛醇中的一種或幾種的混合物。

本發明的顯著優點在于：本發明中所用生物質原料來源廣泛、儲量豐富，且無需進行復雜或高能耗的預處理。本發明通常在較短反應時間（5-30min）和較低液固比（1:1-5:1）下可獲得較高的液化率（＞80%），而采用傳統攪拌和加熱方式的釜式反應器則需在較長的反應時間（60-120min）和較高的液固比（＞6:1）下才能達到相近的液化效果。因此，通過超聲波-微波聯用技術替代傳統的攪拌和加熱方式，解決了傳統生物質液化方法的高液固比、高能耗和長反應時間等問題。

附圖說明

圖1是本發明生物質原料杉木木屑及其以硫酸為催化劑和聚乙二醇400為溶劑時獲得的液化油的傅立葉變換紅外光譜圖：a?杉木木屑；b?生物質液化油。

具體實施方式

本發明的超聲波-微波聯用高效液化生物質的方法，包括生物質的預處理、生物質的液化和液化產物的分離；具體包括以步驟：