拉曼光譜與微型毛細管反應器聯用研究微藻及其模型化合物的水熱液化產物.pdf

1、近年來，氣候變化、能源危機以及環(huán)境污染日益嚴重成為當今世界可持續(xù)發(fā)展所必須面臨的困境。利用生物質資源制備可再生的能源提供了一個長期生產液體燃料的可持續(xù)選擇，能源需求的動力促使研究者們發(fā)展了從生物質制備生物燃油的許多新方法。在眾多生物質資源當中，微藻(microalgae)具有光合作用強、生長周期短、生長速率快、不占用耕地以及固碳能力強等優(yōu)勢，被認為是下一代能源的理想原料。
　　本實驗利用熔融石英毛細管反應器(Fused silic

2、a capillary reactor，簡稱FSCR)結合顯微成像系統觀測并記錄微藻（模型化合物）水熱液化現象，并結合Raman光譜、GC-MS和紅外光譜等分析研究微藻水熱液化產物。
　　實驗設置水熱反應升溫程序:升溫速率50℃/min升溫至360℃，在360℃恒溫30min后以10℃/min的降溫速率降至室溫并采集了FSCR中水熱液化過程的圖片。FSCR中杜氏鹽藻和模型化合物的水熱液化研究表明在整個水熱液化過程中，在溫度不超過2

3、00℃時，隨著溫度的升高以原料的溶解和擴散過程為主;隨著溫度的進一步升高，液化反應開始進行，原料不同觀測到不同的液化現象，這主要取決于原料所具有的官能團，蛋白質和糖類化合物具有較多的官能團且極性較大，所以表觀上的反應現象較為明顯，而高級脂肪酸表觀現象更近于物質溶解析出過程，可能不伴隨化學變化的發(fā)生。
　　由于鹽藻及其液化產物攜帶的分子信息量大且復雜程度高，實驗在石英玻璃管進行了放大水熱液化實驗并結合GC-MS和紅外光譜分析液化產物

4、。GC-MS分析結果顯示產物以脂肪酸類化合物為主，烴類、酰胺類和氮雜環(huán)化合物含量相對較少，傅里葉紅外光譜分析與GC-MS結果相吻合。
　　實驗結合Raman光譜分析了模型化合物在FSCR中的水熱液化并利用GC-MS分析其放大水熱實驗的液化產物。Raman光譜分析表明脂肪酸水熱反應前后沒有化學變化，蛋白質類和糖類在水熱液化過程分子價鍵遭到破壞，且甘氨酸和葡萄糖氣相產物中均檢測到CO2。
　　GC-MS分析結果顯示脂肪酸具有較高

5、的水熱穩(wěn)定性，甘氨酸和葡萄糖的水熱過程均產生了新物質，模型化合物的共液化表明液化過程中存在相互作用。
　　基于實驗研究和相關文獻提出微藻水熱液化反應機理:第一步，蛋白質、糖類和脂質的水解:蛋白質水解得到氨基酸，糖類水解得到二糖或單糖，脂質水解生成脂肪酸。第二步，氨基酸、脂肪酸和糖的分解:氨基酸脫羧反應產生氣體產物CO2，糖類的降解得到環(huán)氧化產物。第三步，中間產物的再分解、重組和再聚合:糖類重排產生氣體產物CO2，氨基酸、糖類裂解產