基于产物特征的纤维素和聚丙烯共热解相互作用机制和MCM-41催化机理研究

As a clean alternative fuel of fossil fuel, the liquefied technology of biomass become of the efficient ways of biomass utilization. The high content of hydrogen in the plastic wastes can compensation for the lack of H in the biomass which can improve the quality of pyrolysis oil. Therefore, it is valuable to studied the synergistic effect during the co-pyrolysis of cellulose， hemicellulose, lignin and PP with/without a all-silica MCM-41. The characteristics of pyrolysis product of cellulose， hemicellulose, ligninand PP will be investigated during the primary and secondary thermal degradation by the well-designed sampling system and reactor, and the effect factors will be obtained by the process. And the mechanism of catalytic pyrolysis of cellulose and PP will also be studied to control the transfer of H,O during pyrolysis process. And a multi-scale modeling of cellulose and PP co-pyrolysis process will be developed and the main reaction mechanism of hydrocarbon and alcohols products will be concluded for the catalyst. For the outcomes of this project, 6～8 papers will be published, including 4~5 SCI and2-3 EI indexed paper. And also 1~2Ph.d and 1-2 master student can be graduated.

生物质能可作为一种清洁替代燃料，利用液化技术将低品位的固体生物质转化为高品位的液体燃料或化学品，已成为生物质能高效利用的方式之一。生物质是缺氢基质，废塑料可为生物质的油品改进提供现成可用的更便宜的富氢基质。因此，研究生物质和塑料的共热解相互机理具有重要意义；本项目开展纤维素，半纤维素、木质素和聚丙烯的共热解机理研究，通过不同停留时间来开展一次反应和二次反应过程的产物特性，尤其H,O的转化规律，并构建相应的多尺度二元热解模型，在此基础上，开展介孔全硅分子筛MCM-41催化剂对生物质与塑料共裂解催化反应机理，以实现对热解产物组分的调控。通过本项目的研究，发表SCI文章4～5篇，国内核心期刊2～3篇，申请专利2-3项，协助培养博士生1-2人和硕士生1-2人。

低温催化裂解制油技术是实现城市固体废弃物资源化利用极具潜力的热化学处理技术之一，将生物质和富氢基质的塑料在沸石催化剂上共热解，是解决生物油含氧量高、热值低和酸性大等问题的有效手段之一。本项目针对MCM-41催化剂作用下生物质和塑料的催化裂解，研究了生物质及其主要组成成分与塑料混合热解的动力学与产物分布特性，获得了催化剂的结构性质与催化性能和产物分布的关系，探讨了催化条件下纤维素和PP共裂解的相互作用机理，阐明优质产物如烯烃和芳烃的反应路径。.催化剂MCM-41 (M)和Al（Ni）-MCM-41(Al)的作用下，降低了PP的热解温度，从377-516℃分别降低到323-428℃和278-421℃（290-380℃），而对生物质及其组成成分的热解温度（小麦秸158-634℃、纤维素300-388℃、木聚糖203-643℃、木质素193-533℃）影响不显著，使原本热解温度区间无重叠的生物质和PP的热解温度区间重叠或者重叠区域变大，对于纤维素和PP的热解温度区段活化能在加入催化剂后的下降幅度均在100 kJ/mol，实现了协同催化反应。.秸秆和生物质混合催化热解增加了短链（9C-）烯烃（增幅分别为52.35%（M）和35.47%（Al））、芳香烃（增幅为15.98%（Al））和醇类（增幅分别为4.41%（M）和2.69%（Al））等烃类的产量，减少了呋喃类（减幅分别为35.32%（M）和14.64%（Al））等含氧化合物产量。Ni的担载，催化剂上的积碳比MCM-41减少了53.4%。.项目获得了生物质与PP在沸石催化剂上的催化共热解的反应路径，催化剂的催化作用首先体现在固体酸作用，形成碳正离子，通过β-剪切完成长链到短链产物。其次，催化剂通过脱氧脱水将氧化物中的氧原子脱掉，形成烃类。再次，催化剂的活性位上可以形成烃池，在烃池内进行系列反应，包括纤维素的芳构化形成芳香烃、双烯加成生成芳香烃等。催化作用不会固定在某一个路径，而是同时进行。此外，同位素标记实验表明混合物之间的氢转移通过催化剂作为中间媒介完成，氢转移对原料和产物均无选择性，氢转移量与催化剂的酸性成正比。Ni的加入，增强烯烃向芳香烃的转化，减少聚合反应，促进碳和CO的反应，进而减少积碳。