生物質(zhì)能源作為一種來源廣泛、廉價易得的可再生能源,其開發(fā)利用不僅有助于緩解化石燃料日益枯竭給全球經(jīng)濟發(fā)展帶來的危機,還可避免對環(huán)境造成污染�，F(xiàn)有的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用方法如生物質(zhì)的熱解、氣化和微生物降解存在反應(yīng)溫度過高、使用的催化劑昂貴和生命周期短暫等缺點,采用電化學(xué)法將生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化為氫能和電能等,具有高效、低能耗和環(huán)保等優(yōu)點。氧化還原電對是指構(gòu)成共軛體系的一對氧化型和還原型物質(zhì),氧化還原電對中的氧化型物質(zhì)(Fe³⁺、磷鉬酸(PMo₁₂))用于生物質(zhì)的氧化降解,其自生轉(zhuǎn)換為還原型,得到的還原型物質(zhì)在石墨電極上發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)的過電位較低。因此,引入氧化還原電對可以有效地降低電解池的能耗,提供燃料電池的性能。據(jù)此本文探究了將氧化還原電對作為催化媒介用于生物質(zhì)的電化學(xué)轉(zhuǎn)化利用過程,以實現(xiàn)在溫和條件下的生物質(zhì)能量的多方面轉(zhuǎn)化。本文分別研究了以Fe³⁺/Fe²⁺氧化還原電對為催化媒介的生物質(zhì)電解產(chǎn)氫;以PMo₁₂/H-PMo₁₂氧化還原電對為催化媒介,在實現(xiàn)CO

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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帶副產(chǎn)物處理的熱解生物質(zhì)制氫過程[4]

1緒論5解的主要目的是制備生物油和木炭。生物質(zhì)氣化的氣相產(chǎn)物可通過蒸汽重整轉(zhuǎn)化為氫氣。如圖1.2為采用流化床的生物質(zhì)氣化產(chǎn)氫。生物質(zhì)氣化的主要難點是對過程中產(chǎn)生的焦油的處理。不理想的情況是，由焦油形成結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的焦油氣溶膠和聚合物，不利于蒸汽重整制氫。目前可通過優(yōu)化氣化爐的設(shè)計、合理操作和添加劑/催化劑的加入來減少焦油的形成。據(jù)報道，在1273K以上的溫度下氣化時，焦油會發(fā)生熱裂。在氣化爐內(nèi)使用一些添加劑(如：白云石、橄欖石和焦炭)也有助于減少焦油的生成[15]。當使用白云石作為添加劑時，可完全消除焦油的生成[16]。圖1.2與流化床聯(lián)通的生物質(zhì)氣化過程[17]Fig.1.2Biomassgasificationasinterconnectedtofluidizedbeds[17]③直接生物光解制氫直接生物光解制氫是利用微藻進行光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為氫氣形式的化學(xué)能的生物過程。在綠色植物中，由于缺乏氫化酶，只有二氧化碳還原的發(fā)生。相反，小藻類，如綠藻和藍藻（藍綠藻），含有氫化酶，因此，可以產(chǎn)生氫氣。在此過程中，PSII（水分解產(chǎn)氧的光系統(tǒng)）吸收光能時產(chǎn)生電子，利用PSI（為CO2還原提供還原物質(zhì)的光系統(tǒng)）吸收的太陽能將電子轉(zhuǎn)移到鐵氧還蛋白（Fd）。氫化酶接受Fd攜帶的電子，被還原產(chǎn)生氫氣。如圖1.3為直接生物光解制氫簡圖。

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文6圖1.3直接生物光解制氫簡圖[4]Fig.1.3Schematicsofdirectbiophotolysis[4]④間接生物光解制氫間接生物光解制氫包括光合作用得到生物質(zhì)、有氧暗發(fā)酵和氫化酶接受電子產(chǎn)氫過程。圖1.4為間接間接生物光解制氫過程。圖1.4間接間接生物光解制氫過程[18]Fig.1.4Indirectbiophotolysisforhydrogenproduction[18]⑤光發(fā)酵制氫光合細菌的固氮酶利用太陽能和生物質(zhì)（或有機酸）制備氫氣的過程為光發(fā)酵制氫過程。光合細菌接受光子，產(chǎn)生光激發(fā)電子并得到能量，固氮酶利用得到的能量，接受Fd所帶的電子，還原氫離子產(chǎn)氫。圖1.5為光發(fā)酵過程簡圖。


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