[发明专利]基于CdS超声耦合光催化提质藻类生物油的系统及提质方法

说明书

本发明公开了一种基于CdS超声耦合光催化提质藻类生物油的系统及其提质方法，该系统及提质方法利用超声协同耦合光照催化氧化藻类生物油中的羧酸及其衍生物，生成酯类物质，提高藻类生物油的品质。本发明所设计的系统及提质方法，提质的条件温和、操作简单、产物选择性高、催化剂分离简单，符合绿色环保的理念，具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于生物质能源技术领域，特别是涉及一种基于CdS超声耦合光催化提质藻类生物油的系统及提质方法。

背景技术

传统化石能源日趋短缺并且会带来严重的环境污染问题，开发清洁能源迫在眉睫。生物质能源作为一种可再生的清洁能源收到越来越多的关注，其中藻类生物质因其生长速度快、繁殖能力强、分布广泛、生物燃料产量高等特点成为研究的热点。藻类生物质的主要成分为水溶性多糖、蛋白质与脂类，可通过酯交换法、厌氧消化法、发酵法、热化学转化法和生物分解法分别转化为生物柴油、生物甲烷、生物乙醇、生物油和氢生物燃料，在利用藻类生物质生产生物燃料的各种途径中，热化学转化尤其是快速热解是近年来研究和讨论最多的技术之一。藻类在快速高温裂解下生产的生物油最接近于海底沉积物产生的原油，但是这种生物油含氧量高、含水率高、稳定性低等特点，不能直接用于燃烧，还需要进一步的提升其品质。

藻类生物油除了醇类、酮类、含氮化合物和酚类化合物，还有较大分子量的羧酸及其衍生物，将羧酸通过酯化反应转化为酯类是有效提升生物原油品质的有效途径，传统催化体系主要是通过均相催化剂及热催化的办法，存在催化剂价格昂贵、反应条件较为苛刻、催化产物难以分离和重复利用等问题。

光催化技术能在温和的条件下实现多种氧化和还原过程，是一种十分具有应用前景的绿色技术。太阳光可以说是一种“取之不尽、用之不竭”的能源，可见光分别占太阳辐射总量的50％和3％。超声波技术可以促进化学反应的进行，超声作用下溶液会产生微小的空化泡，在空化泡崩塌过程中伴随着高温高压，可促进常温常压下不易完成的反应。，空化过程中羧酸中羟基更易脱落，形成羟基自由基，参与下一步反应，进而有效地提高生物油提质的效率。除此之外也可以清洁光催化剂的表面，使催化剂保持较高的光催化性能；并使催化剂在溶液中均匀分散。因此使用超声波技术与光催化耦合具有广阔的应用前景。

由此应开发利用对可见光响应的光催化剂，实现对藻类生物油的高效转化。目前报道的方法仍存在反应条件严苛、均相催化剂难以回收、分离困难等问题，所以仍需要开发高效的可见光下催化藻类生物油的固体光催化剂。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提出了基于CdS超声耦合光催化提质藻类生物油的系统及提质方法，采用超声光催化联用，使用硫化镉(CdS)光催化剂实现生物油中的羧酸及其衍生物被转化成酯类物质的新方法。且提质藻类生物油的反应条件温和、操作简单、产物选择性高、催化剂分离简单、耗能较少，具有重要的应用前景。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于CdS光催化提质藻类生物油的系统，包括封闭的外壳体，在所述外壳体的内部装有石英光化反应管，该石英光化反应管的内部通过管道连接外壳体外部的气源，所述石英光化反应管内按比例添加藻类生物油和CdS光催化剂；在外壳体的顶部装有光源；在外壳体的内壁面上装有超声波震动棒；在外壳体内部装有一定量的冷却水，且超声波震动棒和石英光化反应管浸没在冷却水中。

进一步，所述光源采用氙灯或者LED灯组合，所述氙灯发射不同波段的光，用于模拟波长为260～800nm之间的自然光；所述LED灯为单一波长且波长范围为365-500nm。

一种基于CdS光催化的藻类生物油提质方法，包括如下步骤：

将藻类生物原油、硫化镉(CdS)催化剂和溶剂按比例加入石英光化反应管；并将石英光化反应管置于光反应装置中，打开超声波震动棒，先暗吸附半小时，再用可见光照射，水浴法保持反应温度恒定在35℃，反应3小时，反应结束后将催化剂离心收集，实现对类生物油的提质。