生物质水相催化重整合成液态烷烃基础研究

液体烷烃是关系国民经济发展和国家安全的重要物质基础，目前主要通过石油炼制生产。将生物质水解重整合成液体烷烃，对于国民经济的可持续发展和建立多元的能源体系具有十分重要的意义。本项目合成介孔复合分子筛作为载体制备Pt基催化剂，对木质纤维素水解液进行水相催化重整以合成液体烷烃。调整负载Pt基催化剂的酸性中心、孔尺度，实现对不同目标液体烷烃产物的调控；探讨载体与活性金属之间的耦合协同机制，揭示反应分子在催化剂表面活化和催化转化的科学理论；优化体系工艺与催化系统，探讨热质传递规律，形成生物质高效水解合成液体烷烃的理论体系，为可再生的生物质碳资源在高品位液体燃料及大宗基础化学品领域的应用奠定理论基础。

按照项目计划书要求，本项目首先探索了木质纤维素水解液催化加氢转化为多元醇的反应特性。以葡萄糖、木糖作为单糖模型化合物在Ru/C催化剂上考察了反应温度、压力、原料浓度对于不同反应物催化加氢的影响，结果表明在优化的反应条件下多元醇收率最高可达90%。以玉米芯的水解液在优化的催化剂和反应条件下进行加氢反应，多元醇收率最高亦可达52%。.以木糖醇和山梨醇为模型化合物，在Pt/HZSM-5双功能催化剂上优化了多元醇水相催化重整合成液体烷烃的反应条件参数。在原料浓度为6 wt%，Pt/HZSM-5(Si/Al=38)催化剂，温度240℃，氢压4 MPa的反应条件下液体烷烃收率可达75 %。以金属Ni替代贵金属，对HZSM-5、MCM-22、MCM-41等多种载体材料进行筛选，并首次以全硅型MCM-41分子筛对HZSM-5进行改性合成了介孔-微孔复合分子筛。经过MCM-41修饰的HZSM-5复合分子筛的B酸酸性位消失。在Ni/HZSM-5+MCM-41催化剂作用下，山梨醇的转化率提高至73 %，且液体烷烃C5、C6的选择性明显提高，可达到99 %。表明MCM-41的引入有效的抑制了C-C键断裂活性，促使液体烷烃的生成。.结合实验结果与原位分析手段对多元醇水相催化重整的反应机理进行了深入研究，多元醇合成烷烃的产物分布受C-C键断裂、C-O键断裂和加氢过程耦合调控。为了获得高收率的液体烷烃，应当提高C-O键断裂反应速率，使其与加氢速率相匹配，而C-C键断裂反应则须被抑制，这一目的可通过调节催化剂载体酸性及金属负载量来实现。.项目执行过程中，在《Applied Energy》、《Fuel》、《Biotechnology Advances》、《Green Chemistry》、《催化学报》等国内外知名期刊上发表研究论文11篇，授权发明专利2项，培养博士研究生2名，硕士研究生2名，在读博士生1名。做国际会议特邀报告1次，国内会议特邀报告1次。