微孔-介孔复合分子筛催化剂在海藻多糖液化制备烃类燃油中的应用

With the depletion of fossil fuels and the growing greenhouse effect, research on the preparation of liquid fuels from biomass is of great significance in both theory and practice aspects. In this project, the studies will introduce the new micro-mesoporous composite molecular sieve catalyst to remove the oxygen in the macroalgae polysaccharide and focus on the deoxygenation effect and catalytical mechanism. The metal modified HZSM-5/MCM-41 micro-mesoporous zeolite catalysts will be prepared and introduced to regulate the main pattern and efficiency of deoxygenation, conversion yield, composition distribution and the carbon chain length of the resultant alkanes. The liquefaction product distribution, selectivity and yield under different reactant parameters such as temperature, reaction time and quantity of catalysts will be discussed. Then, the relationship between the compositions and properties of the liquid fuel, as well as the constituents of polysaccharide and the technological parameters will be revealed. The reaction mechanism of preparation of liquid fuels from macroalgae polysaccharide by catalytic liquifaction on the micro-mesoporous composite molecular sieve will be explored through the understanding of the breaking modes, rearrangement and radical combination of chemical bonds. The implementation of the project will not only extend the basic research fields of biomass utilization, but also provide experimental and theoretical support for the conversion of algae to high-quality fuels.

在化石能源日渐枯竭和温室效应不断加剧的形势下，利用生物质制备液体燃油的研究具有重要的理论与实际意义。本课题以脱除大型海藻多糖中的氧为目标，引入新型微孔-介孔复合分子筛催化剂，开展其脱氧效果及催化机理研究。通过合成金属改性的HZSM-5/MCM-41微孔-介孔复合分子筛催化剂，调控海藻多糖脱氧的形式与效率、燃油转化率、产物组分分布及正构烷烃的碳链长度等液化关键指标。探讨不同温度、反应时间、催化剂用量等反应参数对液化产物的分布、选择性与转化率的影响，揭示液体燃油组分及性能与海藻多糖成分及反应参数之间的关系。在此基础上，总结海藻多糖中各组分的断键、重组及自由基结合规律，初步揭示微孔-介孔复合分子筛催化液化海藻多糖制备液体燃油的反应机理。该项目的实施不仅有助于拓展生物质利用的基础研究领域，同时也将为藻类生物质制备高品质燃油提供实验参考和理论支持。

随着化石能源的日渐枯竭和温室效应的不断加剧，利用生物质热化学转化制备液体燃油的研究具有重要的理论与实际意义。本课题以脱除大型海藻中的氧为目标，引入了新型微孔-介孔复合分子筛催化剂，开展其脱氧效果及催化机理研究。项目主要成果包括：（1）从大型海藻中提取海藻多糖并进行了红外、扫描电镜、X射线衍射、热重及元素分析等表征，通过高温高压反应釜进行了脱氧液化反应，所得液体燃油与海藻原料液化燃油进行对比，分析海藻多糖液化产物组分来源，芳香烃、正构烷烃的种类及含量，在此基础上总结其脱氧液化机理。（2）合成了微孔(HZSM-5)、介孔(MCM-41)及微孔-介孔复合分子筛(HZSM-5/MCM-41)催化剂，系统考察了孔道结构、酸性和孔隙率变化等参数对大型催化脱氧液化反应过程中的加氢效果的影响；比较了不同催化剂作用下大型海藻液化所得液体燃油转化率、组分及性能等差异，总结了催化剂对芳香化反应、正构烷烃碳链长度及烃类化合物含量的影响。（3）通过浸渍法在微孔-介孔复合分子筛载体上完成单金属及双金属活性组分的负载，通过改性催化剂的酸性、选择性等参数调控海藻脱氧的形式与效率、燃油转化率、产物组分分布及芳香烃和正构烷烃产率等液化关键指标；研究了海藻内C-O、C-C、O-H、C-H等化学键断裂难易程度与重组，总结了微孔-介孔复合分子筛催化液化海藻的整体反应历程。（4）拓展了有机-无机杂化功能多孔材料的制备，开展杂化材料的光致发光及室温磷光等性质研究，在杂化材料的设计组装与功能化方面做了很好的基础积累。该项目的完成不仅拓展了多孔分子筛的制备方法及其催化剂在生物质利用方面的基础研究领域，同时也为藻类生物质制备高品质燃油提供了实验参考和理论支持。