微波辅助生物质衍生有机酸催化脱氧研究
文献综述
0前言
生物油是有前景的生物柴油的能源替代品和加工原料，但传统热解得到的粗生物油中水和氧化合物含量高、黏度和酸度大、热值低、腐蚀性大且存储不稳定，极大限制了生物油的推广和应用。相比传统的电加热热解方式微波辅助生物质衍生有机酸催化脱氧不仅节约能源还有利于环保，所以研究微波辅助生物质催化热解是当今面临能源短缺改善我国能源结构的迫切要求，是替代传统能源的有效途径之一。
1生物质能源的分布及主要利用方式
生物质能源有农作物秸秆、城市垃圾、工业废料、林业资源、固体生物质、沼气和液态生物燃料等，其中供应量最丰富的是固体生物质，世界生物质能源供应总量排名前十一的国家所拥有的生物质能源总量占43.43EJ，约占世界总量的73.36%；中国、印度、印度尼西亚、巴基斯坦和泰国五国均属于亚洲国家，从比例上看，五国生物质能源供应总量为22.09EJ，占世界总量的37.31%。此外，中国、印度共占世界总量的17.2EJ，欧盟共占世界总量的5.93EJ，仅次于中国与印度，其中中国所占世界生物质能源供应总量的比例最大，占比约15.37%，总量达到9.10EJ。生物质能源作为备受关注的一种新能源, 具有清洁、可再生等优点, 生物质作为一种低成本、易得、环保、分布广泛和可再生的碳源可以有效缓解能源压力，减少环境污染。
目前中国的生物质能产业发展初具规模，积累了一些成熟的经验，但不同的应用领域技术的成熟程度不尽相同。少数生物质能转化利用技术初步实现了产业化应用，如农村户用沼气、养殖场沼气工程和秸秆发电技术；生物质发电、生物质致密成型燃料、生物质液体燃料等正进入商业化早期发展阶段；还有许多新兴生物质能技术尚处于研究阶段。生物质利用方式有直接燃烧、生物质气化、生物质液体燃料技术。随着研究的不断深入，将生物质经过热化学过程（如热解、气化、液化和高压超临界萃取）转化为燃料、化工原料以及高附加值材料已经成为如今社会改善能源结构的重要途径。生物质热解是指在无氧或缺氧的条件下，利用热能将生物质热解为液体生物油、可燃气体和固体生物炭的过程。相对于其他方式，生物质热解技术可以得到更容易储存、运输以及后续转化的产物，例如生物质富钙热解，微波辅助生物质热解。热解技术为制备燃料和化工原料提供了一条经济有效的途径。同时，热解产物中的残碳也可以作为制备高附加值材料的良好碳源。
2生物质衍生有机酸生成与转化途径
生物质主要由半纤维素、木质素和纤维素组成。生物质热解时各组分之间热解反应相互影响很小,可以通过分别研究这几种组分各自的热解机理来研究有机酸的生成。这3种成分在热解过程中均会生成有机酸。以纤维素热解生成有机酸为例子，它的反应机理是由葡萄糖单体聚合而成的大分子物质，在热解的最初过程中，纤维素的聚合度快速降低。在纤维素热解中，糖苷键的断裂和碳碳键的断裂(即葡萄糖的开环)是一对竞争反应，其中葡萄糖的开环反应是纤维素生成乙酸的主要反应。葡萄糖单体中1号和6号碳原子主要形成了乙酸中的甲基基团，2号和5号碳原子主要形成了羧基。其中1号和2号形成的乙酸占到了开环反应乙酸总产量的48%，而5号和6号碳形成的乙酸占到了该型乙酸总产量的32%-33%。这两种途径生成乙酸都只需要一个C—C键断裂即可。图1显示了这两种机理路线:先生成乙烯酮,然后通过水合作用生成乙酸。
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