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为解决富含木质纤维素的畜禽粪便处理及生物原油酚含量高的问题，研究人员开展序批式水热液化（HTL）研究。结果显示该方法使生物原油产量达 59.9%，酚含量降至 4.2% 。这为生物质处理及绿色能源发展提供新方向。
在当今时代，随着全球畜牧业的迅猛发展，大量富含木质纤维素的畜禽粪便不断产生。据 2018 年中国农业部报告，我国畜禽粪便产量近 38 亿吨。这些粪便若处理不当，会带来严重的环境污染问题，比如散发恶臭、污染土壤和水源等。与此同时，木质纤维素因其具有碳中性、可再生等环保优势，被视为生产生物基替代品的关键可持续原料，畜禽粪便中的木质纤维素也因此成为了颇具潜力的生物炼制原料 。
目前，处理畜禽粪便的方法主要有生化法（如厌氧消化和堆肥）和热化学转化技术（如热解、气化和水热液化）。然而，传统生化方法存在诸多弊端，像会造成二次污染，处理时间还很长，通常超过 10 天。在热化学技术里，水热液化（HTL）虽然能直接将湿原料转化为高能量密度的生物原油，且无需耗能高的预干燥过程，反应温度（200 - 350℃）和停留时间（10 - 60 分钟）也较为温和，但直接 HTL 也有问题。一方面，木质纤维素难以转化，往往需要苛刻的反应条件，这会增加能耗和资本支出，降低经济效益；另一方面，直接 HTL 得到的生物原油含氮量高，会提升下游提质加工的成本。更麻烦的是，生物原油中高含量的酚类化合物危害很大，不仅会干扰下游石油炼制中的加氢处理、催化裂化等工艺，降低产品产量和生产效率，增加能耗，还可能在运输和储存过程中产生沉积物和胶质等不良物质，并且一旦发生石油泄漏、运输事故或不当处理，还会加大环境污染风险。
为了解决这些问题，江西的研究人员开展了一项关于序批式水热液化处理畜禽粪便的研究。他们的研究成果发表在《Bioresource Technology》上。该研究意义重大，不仅为畜禽粪便的可持续处理和增值利用提供了新途径，还有助于推动绿色可再生能源的发展。
研究人员在这项研究中用到了几种主要的关键技术方法。首先是通过收集来自南昌郊区屠宰场的猪粪样本，将其干燥、研磨处理后用于实验。然后采用序批式水热液化技术进行实验，设置了不同的对照组来研究添加剂对生物原油产量和成分的影响。此外，还运用了傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT - ICR MS）、气相色谱 - 质谱联用仪（GC - MS）和热重分析（TGA）等先进分析技术对生物原油进行全面分析。
产品分布和生物原油成分
研究人员进行了四项对照试验，以此探究不同添加剂对生物原油产量和化学成分的影响。在对照实验 1（180Oil）中，高压釜内未添加任何添加剂；对照实验 2（180Oil - H）在反应容器中加入了 HCl，其他实验设置保持一致；对照实验 3（280Oil）同样未添加添加剂；对照实验 4 则是在反应器中加入了部分丙酮。通过这些对照试验，研究人员能够更清晰地观察到不同添加剂对实验结果的影响。
研究结论
这项研究全面论证了序批式水热液化处理富含木质纤维素的畜禽粪便的可行性和高效性。与 280℃直接水热液化得到的生物原油相比，序批式水热液化不仅生物原油产量较高，达到了 59.9%，而且生物原油中的酚含量显著降低，减少了 84.2%，仅为 4.2%。值得注意的是，GC - MS 分析表明，序批式水热液化产生的生物原油富含 80.5% 的脂肪酸和酯类物质，这充分说明其适合用于生产烃类燃料。FT - ICR MS 分析结果显示，序批式水热液化提高了生物原油的品质，有利于轻质燃料的生成。热重分析得到的石油馏分进一步表明，序批式水热液化得到的生物原油在下游石油炼制行业更具优势。通过模型化合物实验，研究人员还发现酚类物质在相对较高的温度下更容易转移到油相中。
在这项研究中，研究人员首次报道了序批式水热液化过程中生物原油中酚类物质的去除情况，并提出了酚类物质的去除机制。序批式水热液化技术在处理畜禽粪便方面展现出了巨大的潜力，能够实现废弃物的可持续处理和增值利用，同时为生产对环境影响更小的高品质生物原油提供了新的方法和思路，为绿色可再生能源领域的发展贡献了重要力量。
