疏水双效催化剂的制备及其在高性能航空燃料合成中的应用
发布时间：2022-01-10 01:43
含水的丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵液混合物高效、高选择性地升级至高性能航空燃料具有重要的学术研究意义和工业应用价值,但至今仍是该领域的重大挑战。首先,针对生物质催化转化过程中催化剂水热稳定性差的共性难题,本论文基于结构高度缩合的疏水性SBA-16,设计并合成了一系列Ni/MgO-SBA-16疏水双效催化剂,有效降低了对水分子的吸附性能,避免了因水分子吸附造成的催化剂结构坍塌,提高了催化剂的水热稳定性。且该催化剂同时展现出良好的催化活性:ABE发酵液向生物燃料的催化转化中,初始水含量可由文献报道的0.5 wt%提升至7.4 wt%。然后基于该水热稳定性催化剂,本论文提出了一种全新的反应路径,实现了高含水（12.1 wt%）ABE混合物向同时具有高能量密度（143 btu/gal/103）和低冰点（<123 K）的带支链烷基环己烷的高效催化转化,产物的性能甚至可以满足军用燃料的严格规范（JP-10）。该过程由三步反应串联组成:单边烷基化、三聚缩合和加氢脱氧（HDO）。在第一步中,基于该高水热稳定的催化剂,高含水量（12.1 wt%）的均相ABE混合物高选择性地向2-庚酮（或2-戊酮...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２催化ＡＢＥ混合物催化升级的可能途径??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ａｐｐｒｏａｃｈ?ｏｆ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｕｐｇｒａｄｉｎｇ?ｏｆ?ＡＢＥ?ｍｉｘｔｕｒｅｓ??除?
生成（：６（＝０＞和Ｃ９（＝〇）；丙酮作为目标反应的??重要原料，自我消耗会导致其与乙醇和丁醇的反应减少，侧面促进了乙醇和丁醇的副??反应。??????ｔ?ＵＸｏｎｊ?一丫?Ｉ??〇?ｉ?Ｉ?ＶｒｒｒＴｒ？．．ｒ｜?，?．．．?．?ＩＩ?．．．ｎｒ－Ｔｎｉｌ???Ｌ．．．丨．．．．．丨???人人?ｊ?丰，??ＯＨ??）ｒ???ｃｈ＊?°?＾??Ｖ?，???Ｍ?．．．?＾??■■??ｖ???．?１?＇??图１－３?ＡＢＥ催化升级过程中的副反应路径＾??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３．?ＡＢＥ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｄｅ?ｅｆｆｅｃｔｓ?ｐａｔｈｗａｙ??催化上述反应的催化剂需要以下两个特点：一是能够催化加氢和脱氢的位点，一??般来说过度金属单质催化剂如Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ等是较好的选择；二是能够催化烷基化反??应进行的酸碱位点。此外，催化剂的比表面积、孔径、金属分散度、稳定性等性能同??样对反应有着决定性的作用。因此，为了得到更加高效、廉价且环保的催化剂，前辈??科研工作者进行了大量的探索和研宄，以下便对ＡＢＥ催化剂的发展作介绍。??１．３．３?ＡＢＥ催化剂的发展??最初，催化ＡＢＥ混合物的催化剂为均相催化剂。在Ｔｏｓｔｅ及其同事的工作中［４＼??他们首次报道了在甲苯溶剂中，ＡＢＥ混合物通过Ｐｄ／Ｃ－Ｋ３Ｐ０４催化剂催化升级为??Ｃ５—Ｃｕ酮和醇；生成的Ｃ５－ＣＵ酮和醇通过加氢脱氧（ＨＤＯ）可作为汽油、航空燃料??或者柴油等燃料的成分。这种催化体系同样被Ｘｕ等人报道过，在他们的研究中，??ＡＢＥ混合物同样被转化为了生物燃料。此外，在固定床
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【参考文献】：
期刊论文
[1]探讨秸秆生物质转化为燃料化学品的工艺技术进展[J]. 齐立. 化工管理. 2020(03)
[2]水热法制备Mg/Sn/W复合氧化物催化剂及其性能评价[J]. 汪义超,陈亚春,张光旭,叶云涛. 石油化工. 2019(12)
[3]柠檬酸络合浸渍法制备的Ag-Mn/γ-Al2O3-TiO2催化剂用于丙烷催化燃烧[J]. 程丽军,刘照,袁善良,胡鑫,张彪,蒋毅. 燃料化学学报. 2019(11)
[4]氧化还原共沉淀法制备的二元锰氧化物催化剂催化氧化苯的效果[J]. 赵海楠,王健,刘国才,徐文青,宋健斐,朱廷钰. 环境工程学报. 2020(03)
[5]浸渍-热转换法制备稀土掺杂La2FeNiO6光催化剂[J]. 杨雪晴,彭康亮,庞才良,邓达,陈林. 萍乡学院学报. 2019(03)
[6]超声-浸渍法制备污泥负载型高效非均相Fenton催化剂及其催化性能[J]. 郭晋邑,周春生,龚伟,曹宝月,贺峰. 环境污染与防治. 2019(06)
[7]pH值对共沉淀法制备高温甲烷化催化剂性能的影响[J]. 周菊发,刘建明,蔡洪城,张可羡,孙晨,贺安平,赵安民. 工业催化. 2019(06)
[8]水热法制备Ni/Nd2O3催化剂及其催化水合联氨制氢[J]. 张欢,马敬环,马云超,刘莹,王嘉豪,苏彦铭,刘晓涯,戴莉. 化工进展. 2019(05)
[9]生物质能研究现状及未来发展策略[J]. 马隆龙,唐志华,汪丛伟,孙永明,吕雪峰,陈勇. 中国科学院院刊. 2019(04)
[10]共沉淀法制备加氢脱硫催化剂机理及应用[J]. 韩志波,马宝利,刘茉. 炼油与化工. 2019(01)
博士论文
[1]代谢工程改造丙酮丁醇梭菌强化丁醇合成及廉价生物质利用[D]. 廖正平.华南理工大学 2019
硕士论文
[1]生物质能源研究进展及应用前景[D]. 张迪茜.北京理工大学 2015
本文编号：3579825
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２催化ＡＢＥ混合物催化升级的可能途径??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ａｐｐｒｏａｃｈ?ｏｆ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｕｐｇｒａｄｉｎｇ?ｏｆ?ＡＢＥ?ｍｉｘｔｕｒｅｓ??除?
生成（：６（＝０＞和Ｃ９（＝〇）；丙酮作为目标反应的??重要原料，自我消耗会导致其与乙醇和丁醇的反应减少，侧面促进了乙醇和丁醇的副??反应。??????ｔ?ＵＸｏｎｊ?一丫?Ｉ??〇?ｉ?Ｉ?ＶｒｒｒＴｒ？．．ｒ｜?，?．．．?．?ＩＩ?．．．ｎｒ－Ｔｎｉｌ???Ｌ．．．丨．．．．．丨???人人?ｊ?丰，??ＯＨ??）ｒ???ｃｈ＊?°?＾??Ｖ?，???Ｍ?．．．?＾??■■??ｖ???．?１?＇??图１－３?ＡＢＥ催化升级过程中的副反应路径＾??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３．?ＡＢＥ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｄｅ?ｅｆｆｅｃｔｓ?ｐａｔｈｗａｙ??催化上述反应的催化剂需要以下两个特点：一是能够催化加氢和脱氢的位点，一??般来说过度金属单质催化剂如Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ等是较好的选择；二是能够催化烷基化反??应进行的酸碱位点。此外，催化剂的比表面积、孔径、金属分散度、稳定性等性能同??样对反应有着决定性的作用。因此，为了得到更加高效、廉价且环保的催化剂，前辈??科研工作者进行了大量的探索和研宄，以下便对ＡＢＥ催化剂的发展作介绍。??１．３．３?ＡＢＥ催化剂的发展??最初，催化ＡＢＥ混合物的催化剂为均相催化剂。在Ｔｏｓｔｅ及其同事的工作中［４＼??他们首次报道了在甲苯溶剂中，ＡＢＥ混合物通过Ｐｄ／Ｃ－Ｋ３Ｐ０４催化剂催化升级为??Ｃ５—Ｃｕ酮和醇；生成的Ｃ５－ＣＵ酮和醇通过加氢脱氧（ＨＤＯ）可作为汽油、航空燃料??或者柴油等燃料的成分。这种催化体系同样被Ｘｕ等人报道过，在他们的研究中，??ＡＢＥ混合物同样被转化为了生物燃料。此外，在固定床
Ｃ??｜０ｑ??？（？〇）?Ｓ（－ＯＨ）??！？（？０）?１５（＝Ｑ??？?Ｆ—?—???－〇?８０－＊?￣■?卜?????〇?…?？－—Ｈ??—ｍ…丨丨■?ＡＢＥ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ??＾?．－？－Ｔ〇ｔａｌｙｉｄｄｏｆＣ５１５??５５??．２?４０－？????＾２０．——ｒ—???－，丨１１１?，??Ｉ—＿＿＿＿＿＿＿＿??０?３?５?７?９??Ｗａｔｅｒ?ｃｏｎｔｅｎｔ?（ｗｔ％）??图１－４?１０ｗｔ％Ｎｉ－ＭｇＯ－Ｓｉ０２催化剂耐水性评估［６１］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４．?Ｗａｔｅｒ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?１０?ｗｔ％Ｎｉ－Ｍｇ〇－Ｓｉ〇２?ｃａｔａｌｙｓｔ??另一方面，如何从ＡＢＥ混合物中获得高能量密度和低冰点的生物燃料仍然是一??个难题［６２－６４］。高密度是商用航空燃料和军用航空燃料必须具备的特性［６５，６６］。己被报道??关于ＡＢＥ混合物转化为生物燃料有关的工作中，即上述的采用一步法所得到的产品??的性能（冰点和能量密度）仍不能令人满意。尽管双边烷基化产物Ｃ８－Ｃ１５的碳链长??度满足航空燃料的范围，但由于它们的直链结构的特性值有限，无法满足航空燃料一??系列严格的要求，如体积热值和密度［６７，６１?Ｗａｎｇｔ６３，％曾经报道过利用二氧化钻作为催??化剂，将由生物质得到的糠醛和２，?４－戊二酮进行罗宾逊成环反应（Ｒｏｎｂｉｎｓｏｎ??ａｍｍｌａｔｉｏｎ）制备环状的Ｃ１５产物；该产物经过加氢脱氧后冰点为零下８１度，密度为??０．８１３９ｇ／ｍＬ。Ａ．?Ｔ．?ｂｅｌｌ及其团队［７０，
【参考文献】：
期刊论文
[1]探讨秸秆生物质转化为燃料化学品的工艺技术进展[J]. 齐立. 化工管理. 2020(03)
[2]水热法制备Mg/Sn/W复合氧化物催化剂及其性能评价[J]. 汪义超,陈亚春,张光旭,叶云涛. 石油化工. 2019(12)
[3]柠檬酸络合浸渍法制备的Ag-Mn/γ-Al2O3-TiO2催化剂用于丙烷催化燃烧[J]. 程丽军,刘照,袁善良,胡鑫,张彪,蒋毅. 燃料化学学报. 2019(11)
[4]氧化还原共沉淀法制备的二元锰氧化物催化剂催化氧化苯的效果[J]. 赵海楠,王健,刘国才,徐文青,宋健斐,朱廷钰. 环境工程学报. 2020(03)
[5]浸渍-热转换法制备稀土掺杂La2FeNiO6光催化剂[J]. 杨雪晴,彭康亮,庞才良,邓达,陈林. 萍乡学院学报. 2019(03)
[6]超声-浸渍法制备污泥负载型高效非均相Fenton催化剂及其催化性能[J]. 郭晋邑,周春生,龚伟,曹宝月,贺峰. 环境污染与防治. 2019(06)
[7]pH值对共沉淀法制备高温甲烷化催化剂性能的影响[J]. 周菊发,刘建明,蔡洪城,张可羡,孙晨,贺安平,赵安民. 工业催化. 2019(06)
[8]水热法制备Ni/Nd2O3催化剂及其催化水合联氨制氢[J]. 张欢,马敬环,马云超,刘莹,王嘉豪,苏彦铭,刘晓涯,戴莉. 化工进展. 2019(05)
[9]生物质能研究现状及未来发展策略[J]. 马隆龙,唐志华,汪丛伟,孙永明,吕雪峰,陈勇. 中国科学院院刊. 2019(04)
[10]共沉淀法制备加氢脱硫催化剂机理及应用[J]. 韩志波,马宝利,刘茉. 炼油与化工. 2019(01)
博士论文
[1]代谢工程改造丙酮丁醇梭菌强化丁醇合成及廉价生物质利用[D]. 廖正平.华南理工大学 2019
硕士论文
[1]生物质能源研究进展及应用前景[D]. 张迪茜.北京理工大学 2015
本文编号：3579825
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