生物质热解过程中含氮模型化合物研究进展.doc
《生物质热解过程中含氮模型化合物研究进展.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物质热解过程中含氮模型化合物研究进展.doc(14页珍藏版)》请在第一文库网上搜索。
1、生物质热解过程中含氮模型化合物研究进展摘要:由于生物质成分的复杂性,直接热解生物质很难获得其氮转化机理,利用含氮模型化合物热解成为近年来研究生物质NOx生成机理的主要方式。首先总结了燃料氮在生物质中的赋存形态及其常用的模型化合物,综述了蛋白质、环二肽、氨基酸等模型化合物热解的一般机理,并对影响模型化合物热解路径的化学成分、热解温度、升温速率、含氧量等因素做了分析。目前,通过模型化合物热解研究,研究人员可以得到生物质中燃料氮的转化机理,但有些机理还存在一些争议,结合计算化学理论分析可能获得更清晰的NOx生成机理。化石能源的不可持续性使生物质能的开发利用受到人们广泛关注1。但由于生物质中含有较多的
2、氮元素,其在热解过程中会转化为NOx,造成环境污染2127,3367。研究生物质热解过程中燃料氮(Fuel-N)的转化机理,有利于改进生物质燃烧设备和运行方式,减少环境污染2127-128。目前,很多研究人员采用直接热解生物质的方法研究Fuel-N的转化机理4。但生物质成分复杂545-51,且其热解产物与热解温度61430-1432、升温速率743-45、反应气氛8及添加物9等众多因素有关,仅通过直接热解生物质的方式难以获得生物质Fuel-N的转化机理102163-2164。模型化合物具有生物质Fuel-N相似的结构和确定的化学组成3369。利用含氮模型化合物进行生物质Fuel-N转化机理研究
3、,能避免生物质复杂成分的影响,有助于确定氮的转化机理11653-660,成了近来研究生物质NOx生成机理的必要手段12-13。1常用的含氮模型化合物Fuel-N的转化路径与氮在生物质中的赋存形态有关。生物质中Fuel-N主要是以蛋白质14、氨基酸等分子存在,蛋白质约占总氮的60%(质量分数,下同)80%,氨基酸约占5%545-51,15。不同生物质的氨基酸含量不一样16,但氨基酸质量分数却趋于一致(见表1)。由于氨基酸分子结构简单,因此成了首选的模型化合物17200,18128,但氨基酸中不含蛋白质最基本的肽键,所以一些蛋白质、多肽、二肽也常作为模型化合物1969-81。另外,环二肽(DKPs
4、)61427-1432、吡咯20、喹啉211-5等Fuel-N转化的中间产物也常用作生物质热解过程氮转化机理研究的含氮模型化合物。2模型化合物热解蛋白质、多肽等为链状结构,DKPs、吡咯,喹啉、咪唑等为环状结构。受模型化合物自身结构和官能团影响,链状和环状结构含氮模型化合物有不同的分解路径。2.1蛋白质、多肽等链状化合物热解根据JELLINEK22的观点,蛋白质等聚合物初级热解反应可分为3类:(1)主链无规则断裂。蛋白质热解时首先发生主链无规则断裂,产生各种不同长度的碎片。持续一定时间后,出现挥发性小分子23,主要是DKPs24-25,也有一些其他含氮杂环化合物(N-PACs),如咪唑26。(
5、2)侧基断裂。当大分子链上有侧基存在时,侧基往往首先断裂,生成小分子化合物,主链形成多烯烃结构或苯等化合物;(3)碳化反应。如果蛋白质氨基酸上含有活性侧链,将发生包括交联、消去侧基后多烯的形成、环化、脱氢芳构化等反应。蛋白质热解路径与其氨基酸组成密切相关27。ORSINI等28643-657对乳络蛋白、胶原蛋白热解发现,蛋白质中两个相邻的氨基酸容易生成DKPs。疏水性非极性氨基酸倾向于生成DKPs、咪唑等环状化合物;亲水性极性氨基酸则抑制DKPs的生成,多发生碳化反应生成焦炭氮(Char-N),所以热解反应中常见的DKPs只有20多种29。具有反应活性侧链的蛋白质热解时将发生碳化和脱挥发分的竞
6、争反应,没有反应活性侧链的蛋白质能完全生成小分子气体而挥发11653-660,30,所以不同氨基酸组成的蛋白质热解产物差异也较大。生成环状物质蛋白质最终转化为HCN和HNCO;聚酰胺类物质热解生成胺,最终产物多为NH328643-657。2.2 DKPs及其他环状含氮化合物热解DKPs是蛋白质热解的主要初级产物,热解过程受燃料中其他成分影响较小,是理想模型化合物。DKPs热解生成腈、亚胺、-内酰胺、吡咯啉等物质,并最终生成HCN、HNCO和NH3等化合物311-3,32123-137,见图1556。当DKPs支链较大时,则首先断裂支链,有水存在时,还能发生水解反应生成二肽33。热解条件对DKP
7、s热解产物有较大影响。HANSSON等102163-2172和ZHOU等61430-1432在研究甘氨酸环二肽热解时发现,快速热解时甘氨酸环二肽中氮主要转化为HCN,而慢速热解时主要生成NH3。ZHOU等61430-1432认为,DKPs热解时容易生成Char-N,最终生成NH3。吡咯和吡啶型氮也是生物质重要的热解中间产物34,吡啶型氮热解主要生成HCN,在低温时则生成HNCO,吡咯型氮和季氮主要生成NH335。喹啉热解时,裂解反应主要生成HCN;聚合则生成烟灰,烟灰氢化是NH3的主要来源211-5。2.3氨基酸热解氨基酸与蛋白质化学反应机理相似,且结构单一。很多研究人员把氨基酸作为研究生物质



- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物 质热解 过程 中含氮 模型 化合物 研究进展
