热化学转化研究组知识库

生物质热解是一种高效的生物质转化利用技术，目前已获得广泛关注。然而，生物质直接热解得到的生物油化学成分极其复杂，作为液体燃料使用时，品质较差，作为化工原料时，分离提取困难，需要进一步进行精制及改性处理。基于此背景，提出了生物质催化热解技术，可有效提高高附加值化学品的产率和选择性，提高生物质的利用率。

本论文采用美国CDS 5200毫克级热解仪，对生物质催化热解做了系统研究。开发和制备了介孔分子筛催化剂，评价了其在生物质催化热解过程中的催化性能。介孔分子筛催化剂的制备采用水热合成法，并利用N2吸附、SEM (扫描电子显微镜)、TEM (透射电子显微镜)、XRD（X射线衍射）、ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱仪）等手段对催化剂进行了表征和分析。结果表明本论文所采用的合成方法将介孔成功引入到微孔分子筛催化剂中。同时探讨了制备介孔分子筛催化剂的最佳工艺条件以及介孔分子筛催化剂的失活及再生机理。

本论文通过Py-GC/MS（热解-气相-质谱联用）实验，以苯酚作为木质素的模型化合物，采用同位素标记法，研究了苯酚在ZSM-5作用下的催化热解反应机理。其催化热解反应途径如下：首先苯酚脱水形成苯醚，苯醚再与分子筛催化剂的酸位作用形成苯，苯与断开的部分烷基链发生烷基化反应，最终形成烷基苯或萘，在整个木质素催化热解过程中，几乎没有发生开环断键反应。

以木质纤维素为代表的生物质通过催化热解可以获得芳烃等一些具有高附加值的化学品，不但从经济上解决生物质利用成本较高的问题，还可以实现生物质的资源化、高值化利用。推广该技术将会具有良好的经济效益和社会价值。

Pyrolysis of biomass, as a promising technique to convert lignocellulosic biomass mainly into a liquid product known as bio-oil, has received extensive attention in recent years. However, conventional bio-oils were difficult for chemical separation and purification owing to the complex chemical composition. It was necessary to establish a new technology system for producing a stable quality bio-oil enriched of some high value-added chemical products. Based on this background, catalytic pyrolysis of biomass was put up. 

The catalytic pyrolysis experiments were performed in a pyroprobe model 5200-HP-R analytical pyrolyzer (CDS Analytical Inc.). The mesoporous zeolite was developed by hydrothermal synthesis method and evaluated in biomass pyrolysis. The catalysts were characterized by nitrogen physical adsorption, SEM, TEM, XRD, IP-OES. The optimum conditions were investigated for the preparation of mesoporous zeolite. Further more, the deactivation and regeneration mechanism of catalysts were also studied.  

According to the Py-GC/MS experiments, the reaction mechanism of catalytic pyrolysis of biomass was studied. As the mechanism of cellulose catalytic pyrolysis has been studied, this paper focused on the reaction mechanism of lignin. It was found that the phenylates were formed directly from lignin by dehydration and phenylates further reacted with the acid sites of catalysts to convert into benzene. Benzene was alkylated to form naphthalene. Generally, there were no bond cleavage reactions during catalytic pyrolysis of lignin.

The process of catalytic pyrolysis of lignin can produce aromatics. It would not only solve the higher economic cost of biomass utilization, but also achieve high-value utilization of biomass resources. Promotion of the process would have good economic and social benefits.