论文部分内容阅读
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)转化,产物酮类富集于上层油相,和水自动分相,大幅降低分离能耗,提高了经济可行性,符合“绿色、可持续”的发展原则。在第二步中,甲基酮通过三聚缩合反应高效转化为环状的酮类,主产物收率高达94%。此外,机理研究证明中强和强碱位点是三聚反应的活性位点。本工作不仅为发酵产物的资源化利用开辟了新思路,而且为高活性和水热稳定性的多相催化剂的理性设计提供了更多的可能。