糠醛合成航空煤油链烃的催化剂研究

糠醛是由农林废弃物水解-脱水获得的重要化工产品。我国是世界糠醛生产大国，产量占全球总产量一半左右。本项目瞄准开发具有自主知识产权、完全不依赖化石能源的糠醛合成航空煤油链烃催化剂这一目标，设计合成一系列甲基呋喃（糠醛选择加氢产物）与糠醛、乙酰丙酸、羟基丙酮烷基化反应的固体酸催化剂以及烷基化产物加氢脱氧合成航空煤油链烃的金属-固体酸双功能催化剂。考察这些催化剂的活性、选择性与稳定性。借助多种表征手段对催化剂的物理化学性质进行深入研究。系统地考察催化剂的比表面积、孔结构、酸性、金属分散度等性质对其在甲基呋喃烷基化或烷基化产物加氢脱氧合成航空煤油链烃反应中活性、选择性与稳定性的影响规律，并阐明反应机理及动力学。本项目有望在以糠醛为原料合成航空煤油链烃方面取得突破性进展，为该项技术的大规模工业应用提供关键技术和理论依据。本项目工作对保障国家能源安全、保护环境具有极为重要的理论和现实意义。

本项目围绕以糠醛及其衍生物为原料合成航空煤油烷烃为主要研究方向开展了一系列工作，主要包括以下几个方面：.1..通过无溶剂条件下糠醛选择性加氢产物2-甲基呋喃与一系列木质纤维素羰基化合物（包括：糠醛、丁醛、丙酮、羟基丙酮、异丙叉丙酮）之间的羟烷基化/烷基化或烷基化反应获得多种具有支链结构的航空煤油前躯体，通过对这些前躯体的加氢脱氧获得一系列具有低凝固点的航空煤油支链烷烃。该方法对不同的木质纤维素羰基化合物具有一定的普适性，可通过改变羰基化合物对最终产物航空煤油支链烷烃的侧链长度、数目及结构进行调整，甚至对主链的长度进行调整，实现对航空煤油烷烃的设计合成。.2..为了进一步降低航空煤油烷烃的合成成本和能耗，我们还设计合成了一些廉价的固体酸催化剂、廉价金属改性的过渡金属碳化物催化剂（或廉价金属-固体酸双功能催化剂），并将它们分别应用于2-甲基呋喃和木质纤维素羰基化合物之间的羟烷基化/烷基化（或烷基化）反应和这些反应获得的航空煤油前躯体的加氢脱氧取得了很好的效果。通过对催化剂的孔结构、酸性（包括酸量、酸强度、酸中心的种类）、金属分散度等多方面的表征对不同催化剂的活性差异进行了解释，为未来的研究指明了方向。.3..通过无溶剂条件下糠醛与一系列木质纤维素基酮类化合物（包括甲基异丁基酮、2-戊酮、2-庚酮、3-戊酮、5-壬酮）之间的羟醛缩合反应获得了多种航空煤油前躯体，通过对这些航空煤油前躯体的无溶剂直接加氢脱氧获得了一系列航空煤油支链烷烃和航空煤油直链烷烃。.4..为克服目前生物质航空燃料与传统航空燃料相比密度和体积较低的问题，采用糠醛选择性加氢产物环戊酮和环戊醇为原料，通过碳-碳偶联反应和加氢脱氧相结合获得一系列航空煤油环烷烃或多环烷烃。.5..通过固体酸催化的水/有机相双相体系中的木糖脱水的反应，高选择性地获得了糠醛。并通过将催化剂物理化学性质表征结果与它们的活性相关联揭示了催化剂的构效关系。.6..为了降低提高整个过程的经济性，我们采用过渡金属氧化物改性的贵金属催化剂上实现了木质纤维素生产过程副产物（四氢糠醇、乙酰丙酸、乙酸）低温选择性氢解反应，选择性获得多种醇类和二元醇。