纤维素热解气催化重整制备长链烷烃的研究

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从生物质中制备长链烷烃,常以生物基脂肪酸或脂肪酸甲酯为原料,通过加氢脱氧转化为烷烃,通常要求高压(压力≥2MPa)高氢气消耗(反应物和H2的摩尔比≥3)的苛刻条件。本项工作致力于在常压无额外氢的条件下,利用纤维素催化热解反应体系内部的氢源,通过催化重整方式直接将纤维素热解气转化为长链烷烃,为生物质制备烃类液体燃料提供一条新的思路和方法。选取了 Nb2O5,γ-Al2O3,ZSM-5和TS-1四种在含氧反应中有较高活性的催化剂载体,对其进行了表征测试并在Py-GC/MS中进行纤维素热解气的催化重整实验,讨论了不同催化剂的物理化学性质与其对烷烃选择性和催化剂积碳之间的影响。实验结果显示,纤维素单独热解时产物都是含氧化合物,以葡萄糖为主。催化剂脱氧性能由强到弱分别是ZSM-5>γ-Al2O3>TS-1>Nb2O5,烷烃选择性排序为TS-1>ZSM-5>γ-Al2O3>Nb2O5,尽管ZSM-5和γ-Al2O3脱氧性能更佳,但产物中多为芳香化合物,因此筛选出TS-1作为生产烷烃的最佳催化剂载体。此外,对TS-1分别负载了 Co、Mo、Pt和Au四种金属用以催化热解纤维素,结果表明Au/TS-1催化剂最适合本项研究,产物中烷烃的选择性达到47.8%。为进一步优化工艺条件,制备出负载量为0.5、1.0、1.5、2.0wt.%的Au/TS-1催化剂。在Py-GC/MS中考察了负载量、催化剂和纤维素质量比、热解温度和催化温度四个工艺参数对于长链烷烃选择性和收率的影响。实验结果表明,金的负载量为1.0%,催化剂和纤维素质量比为50,纤维素用量1mg,热解温度为450℃,催化温度为500℃时,长链烷烃的选择性和收率最高,分别为89.2%和14.4wt%。并对催化剂进行了的表征,探究催化剂物化性质对于产物分布的影响。采用纤维二糖,葡萄糖,脱水葡萄糖进行单独热解和催化热解实验,证明长链烷烃是由短链化合物在Au/TS-1作用下生成的。甲醇和乙醛两个具有代表性官能团的模型化合物实验说明,产物中的烷烃主要由醇类生成。
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