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附件4-1: 推荐高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖项目公示 项目名称 基于补氢脱氧的生物质催化快速热解产物高值化利用基础理论与方法 推荐单位(专家) 东南大学 主要完成人 仲兆平,张波,宋敏,张居兵,王佳 项目简介: 该项目属于生物质能利用领域.

生物质能的推广利用有助于缓解日益严重的能源与环境问题,在众多的生物质能源化开发途径中,催化快速热解制油技术具备良好的前景.但该技术所得生物油存在缺氢多氧的显著问题,需要开展针对性改善研究.在国家自然科学基金等项目的支持下,该项目从原料、催化剂和反应器等多方面对生物质催化快速热解制油技术进行了全面的优化研究,构建了基于补氢脱氧的生物质催化快速热解制油基础理论与方法. 1原料层面―揭示生物质和多氢原料催化共热解制取富烃生物油反应特性和协同效应机制 在原料方面创新性地开展了基于补氢策略的生物质和多氢原料催化共热解研究,为从生物质原料源头补氢建立了理论基础.发现了催化共热解过程促进烃类生成和抑制催化剂结焦的协同效应;

解析了基于烃池机理的生物质和多氢原料催化共热解制取富烃生物油过程的协同效应机制,利用现代表征技术和小试实验解决了该过程中机理性基础科学问题. 2催化剂层面-系统构建了生物质快速热解过程催化剂的抗结焦方法 在催化剂方面系统提出了以ZSM-5分子筛为代表的催化剂抗结焦改性调控的新方法,解决了生物质催化快速热解制油过程催化剂结焦问题,提高了催化剂脱氧效果.发现了催化剂外表面酸位点特性及催化剂结构是影响结焦的重要因素;

提出了预结焦和惰性物质外表面沉积的选择性弱化分子筛外表面酸性位同时保留内表面酸性位的抗结焦改性方法;

建立了构建催化剂介微孔复合结构以抑制结焦的基础理论,提出了化学改性的介微孔复合结构催化剂的构筑新方法. 3反应器层面―生物质微波加热双级催化热解制取富烃生物油新方法的率先构建 独辟蹊径从反应器角度出发,率先构建了生物质微波加热双级催化热解制取富烃生物油的新方法.通过添加微波吸收剂提高了生物质物料的升温速率,实现了微波加热快速热解;

发展出生物质微波加热双级催化热解制油方法,建成了我国首套15kg/d的连续式生物质微波加热双级催化热解制取富烃生物油实验系统;

完成了反应全过程建模,解析了反应器中速度场、温度场、产物浓度分布,预测了气、液、固产率及生物油中烃类的含量. 4掌握了适用于流化床电极直接碳燃料电池的生物质活性炭制备及其改性方法 以竹子为原料,分别以KOH和K2CO3为活化剂,采用化学活化法制备了适用于直接碳燃料电池(DCFC)的生物质活性炭,掌握了活化条件对活性炭比表面积的影响,揭示了镍负载法对改善活性炭导电性能的作用,并分析了HNO3浸渍在提高活性炭表面官能团含量和降低活性炭灰分方面的应用. 项目团队在本领域国际权威刊物共发表SCI论文29篇,其中8篇代表性论文被SCI他引159次.推进了工程热物理、环境科学与材料化学的学科交叉,为生物质催化热解制油技术研发及其规模化应用完善了理论基础与方法. 代表性论文专著目录: Optimizing anti-coking abilities of zeolites by ethylene diamine tetraacetie acid modification on catalytic fast pyrolysis of corn stalk / Journal of Power Sources / Bo Zhang, Zhaoping Zhong, Zuwei Song, Kuan Ding, Paul Chen, Roger Ruan / 2015(300): 87-94 2. Characteristics of a fluidized bed electrode for a direct carbon fuel cell anode / Journal of Power Sources / Jubing Zhang, Zhaoping Zhong, Dekui Shen, Jianmin Xiao, Zongming Fu, Huiyan Zhang, Jinxiao Zhao, Weiling Li, Min Yang / 2011(196): 3054-3059 3. Modification and regeneration of HZSM-5 catalyst in microwave assisted catalytic fast pyrolysis of mushroom waste / Energy Conversion and Management / Jia Wang, Zhaoping Zhong, Zuwei Song, Kuan Ding, Aidong Deng / 2016(123): 29-34 4. Catalytic fast co-pyrolysis of biomass and food waste to produce aromatics: Analytical Py-GC/MS study / Bioresource Technology / Bo Zhang, Zhaoping Zhong, Min Min, Kuan Ding, Qinglong Xie, Roger Ruan / 2015(189): 30-35 5. Application of mineral bed materials during fast pyrolysis of rice husk to improve water-soluble organics production / Bioresource Technology / Rui Li,Zhaoping Zhong, Baosheng Jin, Aijun Zheng / 2012(119): 324-330 6. Catalytic fast pyrolysis of mushroom waste to upgraded bio-oil products via pre-coked modified HZSM-5 catalyst /Bioresource Technology / Jia Wang, Zhaoping Zhong, Kuan Ding, Zeyu Xue / 2016(212): 6-10 7. Production of aromatic hydrocarbons from catalytic co-pyrolysis of biomass and high density polyethylene: Analytical Py-GC/MS study / Fuel / Bo Zhang, Zhaoping Zhong, Kuan Ding, Zuwei Song / 2015(139): 622-628 8. Different solid acid catalysts influence on properties and chemical composition change of upgrading bio-oil. / Journal of Analytical and Applied Pyrolysis / Min Song, Zhaoping Zhong, JiajiaDai / 2010, 89(2):166-170 主要完成人情况: 仲兆平,排名1,学院学术委员会主任,教授,工作单位:东南大学,完成单位:东南大学,是该项目主要负责人,对发现点