分离和提纯技术

分离和提纯技术

多步分离单酚和生物质油的不溶相中的热解木质素摘要：

为了实现生物质油中的不溶相高位值的利用，用酸性和碱性溶液合成的有机溶液分离单酚和生物质油不溶相中的热解木质素。酚醛树脂可由生物质油中的不溶相抽出反应获得，其在酚类中含量高达94.35%，愈创木酚的含量达到了48.27%。而且，傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)分析热解木质素显示的主要结构单元是愈创木酚和二甲氧基苯酚。高分子量热解木质素中以分子量高于1000的聚合物为主, 而低分子量热解木质素中含有较多的活性酚羟基。

1.引言

生物质油是一种有生物质快速热解的液体产物，其包含数百种化学物的复杂的液体混合物，它表现为一些较差的特性，比如高含水量、含氧量高、热值低,和强大的腐蚀性，这些缺点使它很难直接用作汽车燃料，因此，开发了几种高级技术提高生物油的品量,包括催化加氢脱氧、催化裂化、蒸汽重整、催化酯化、超临界提升,等等。然而，由于生物质油的复杂性，一个单一的提高品质的技术无法实现所有成分的有效转换。研究催化裂化的影响和蒸汽重整生物油的主要化学组分表明,羧酸和酮表现出高反应活性和催化稳定性。而酚类化合物较难转化，酚类化合物的高效转换通常需要高强度的反应条件如加氢脱氧下高氢气压力。高分子量酚醛树脂低聚物不仅显示低反应性,

但在加热条件下也很有可能生成焦炭,这将导致催化剂失活。因此,生物油的分离会使不同的分数不同的升级技术更有效率和随后的隔离还提供了一个初期的有价值的化学物质。

蒸馏和溶剂萃取是常见的隔离和分离技术。由于生物油的热气流和化学不稳定性,以及含量高的高沸点化合物,传统的蒸馏馏分油收率低并且会结焦。为了解决这个问题，王等人介绍了用分子蒸馏技术的一个合适的方法分离热敏感的化学物质，他们对生物油的分离特性的研究表明,这种方法导致高馏分油产量没有明显的炼焦,并获得的分数被成功升级到产生更好的燃料，另一个前景看好的隔离方法是溶剂萃取,一般应用于生物油特性描述，在许多溶剂中，水是廉价和高效的一种。水萃取后生物油可以分为水溶性和水不溶性阶段,并且分离阶段可以单独处理。低分子量的水溶相主要包括反应活性高酸和酮。已经证明醋酸和左旋葡聚糖可以有效地隔绝生物油水溶相，升级研究表明，生物油水溶相广泛用于蒸汽转化,可以生成高产量的氢，此外,在温和加氢脱氧和催化裂化过程中,生物油水溶相也是生产碳氢化合物、醇类、烯烃的原料。虽然生物油水溶相表明好的升级性能, 由于其成分的复杂性水不溶性的升级阶段的研究是受限的，它的主要衍生产品,包括单酚如苯酚、愈创木酚,和二甲氧基苯酚以及酚类低聚物(或热解木质素)。通过加氧脱氢单酚可以转化为碳氢化合物,但热解木质素由于其化学惰性很难升级。因此,除了更高效利用水溶相，,将生物油水不溶相进一步分离成几种组分，然后用合适的技术将他们分别升级也非常必要，主要的设计方案是图1所示。水溶相升级到催化裂化,蒸

汽转化等，水不溶相可以用来进一步提取单酚和热解木质素。单酚可以加氢脱氧转化为碳氢化合物,而热解木质素可以退化为单酚并继续升级,或被用于合成酚醛树脂,粘合剂、特种聚合物等。生物油整体利用方案可以从生物油生产的优质燃料结合提取有价值的化学物质。酸化最初通过逐步降低pH值从碱木质素中的提取黑液,这是一种提取碱木质素的常见的方法。热解的木质素是木质素的结构片段,所以这种方法也适合热解木质素的净化，这里我们通过使用酸溶液,碱性溶液和有机溶剂对多步分离单酚和热解木质素生物油水不溶相进行了详细的研究，分离馏分的片段的理化性能也用不同的检测技术研究。

2.实验

2.1 多步分离生物油

生物油是通过喂料速率5公斤/小时，反应温度550 c的柳安木锯末热解的流化床热解反应器得到，详细信息可以在热解反应器的其他地方找到，在实验之前,原始生物油过滤去除固体颗粒，在这项研究中,采用多步分离溶剂分馏的生物油,如图2所示。在室温下,在30克生物油中逐滴添加30毫升的去离子水,用声波降解法搅拌，约30分钟后得到上层水溶相和底层水不溶相，然后,后续步骤都集中在水不溶性的分离阶段，根据下声波降解法用2.5摩尔/升的氢氧化钠溶液溶解有机相，当pH约为4时，大部分的水不溶相溶解在氢氧化钠溶液中,可以提取100毫升的氯以获得中性高分子组分A(FA)，然后用 1 mol/L的盐酸将氯的碱性不溶液酸化至pH6.4。收集的沉淀,在40度下过滤和干燥,被命为高分子量热解木质素(HMWPL)。然后用100毫升

氯提取酸溶液的化学物质。然后,用1摩尔/ L的盐酸将氯的酸性不溶液进一步酸化至pH值 1.5，并且沉淀形成了低分子量热解木质素(LMWPL)，随后,100毫升氯也用于提取酸溶液的化学物质，上述两个以提取被集中在真空25cto下分别获得酚醛组分B(FB)和组分C(FC)。所有的化学试剂购自国药控股化学试剂有限公司。

2.2 分析生物油和热解木质素

生物油中酚类化合物的识别在和小组分的提取是根据扫描DSQ 气体色谱分析法应用质谱仪(gc - ms)。一个DB-WAX极性毛细管柱由安捷伦公司使用。保持1分钟初始柱温40度,然后以8 c /分钟的速度增加到240 c，保持在这一水平10分钟。每一种酚类化合物的相对含量是由峰面积标准化确定。

傅里叶变换红外光谱(FTIR)的热解木质素的那些时光5700上执行一个Nicolet FTIR分光光度计(热费希尔有限公司) ，傅里叶变换红外光谱法(FTIR)热解木质素是用医用示波器5700傅里叶变换红外光谱分光光度(热费希尔有限公司)计进行的。1 - 2毫克的热解木质素与100毫克的溴化钾仔细地,和混合压制成atransparent10-20lm的厚度。每个光谱扫描范围从4000到400厘米。之前的乙酰化热解木质素进行了核磁共振(NMR)光谱分析。关于100毫克的每个样品溶解在乙酸酐

2毫升和吡啶的混合物(1:1,v / v)用氮作保护气在室温下72 h。反应完成后,解决方案是倒入乙醚沉淀，随后通过离心收集样品。沉淀是乙醚和乙酰化热解木质素经过几次清洗并在40度下烘干24小时得到的，这里所有核磁共振光谱数据报告都是用一个安捷伦600 MHz DD2光