可見光耦合熱催化解聚木質素低聚物精製生物油的研究

《可見光耦合熱催化解聚木質素低聚物精製生物油的研究》是依託中國科學技術大學，由李文志擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：可見光耦合熱催化解聚木質素低聚物精製生物油的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李文志
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

本項目擬採用可見光耦合熱催化解聚木質素低聚物精製生物油，並詳細研究其精製機理，構思如下：①裂解木質素低聚物是生物油精製中的難點和關鍵點；②光熱耦合催化解聚方法既充分利用了太陽全光譜能量又提高了催化解聚速率；③該方法中分子的活化主要通過光激發來實現，使得更多的、不同類型的分子幾乎同步獲得活化能量。該激發態的分子是基態分子的電子異構體，可有效克服因低聚物結構複雜和完美而帶來的難題；④該方法反應條件溫和，規避了低聚物熱敏性高的缺陷。項目擬通過對生物油體系中木質素低聚物的熱行為、光吸收特性、催化劑的構效關係、失活機理、木質素低聚物解聚機理、光熱耦合協同機制等開展深入系統的理論分析與實驗探討，研究可見光耦合熱催化解聚木質素低聚物精製生物油的機理，研發適合催化解聚低聚物精製生物油的光熱耦合催化劑和相應的催化反應體系。建立高效催化解聚木質素低聚物精製生物油的理論模型，促進我國生物油精製技術的發展。

結題摘要

本項目採用可見光催化解聚木質素低聚物精製生物油，構思如下：①裂解木質素低聚物是生物油精製中的難點和關鍵點；②可見光催化解聚方法既充分利用了太陽光譜能量又加快了催化解聚速率；③可見光催化的活化主要通過光激發來實現，使得更多的、不同類型的分子幾乎同步獲得活化能量。該激發態的分子是基態分子的電子異構體，可有效克服木質素低聚物結構複雜和完美的特點；④該方法反應條件溫和，規避了木質素低聚物熱敏性高的缺陷。 項目在木質素低聚物中官能團對木質素解聚的影響機理、Pd/TiO2光催化解聚生物油中木質素低聚物、CdS/TiO2可見光催化解聚木質素、C60/Bi2TiO4F2可見光催化解聚木質素、催化劑構效關係循環特性及木質素解聚殘片結構特性等方面開展了可見光催化解聚木質素低聚物的研究。取得了階段性成果: ①在可見光催化降解木質素過程中，可能存在Cβ-O 醚鍵、Cα- Cβ斷裂和苯環側鏈上位碳原子氧化，生成降解產物包括2-甲氧基苯酚、香草醛和4-羥基-3-甲氧基苯乙酮。通過Cβ-Cγ斷鍵及苯環側鏈上β位碳原子氧化反應生成的產物主要有4-羥基-3-甲氧基苯乙酸；②C60/Bi2TiO4F2可見光催化解聚木質素方法中C60的質量分數為1%、pH=7時，催化效果最好，12h反應後總產率可達3.40%。解聚過程主要發生的是氧化反應，高香草酸為最主要產物，大部分情況下可達總產率的70%以上；其次較多的產物是香草醛，大部分情況下也能占到總產率的15%，甚至20%以上。而苯酚和2-甲氧基-4-乙基苯酚的產率則是最少，二者合計也沒有達到總產率的1%；③C60/Bi2TiO4F2可見光下催化解聚木質素的產物主要有七種，都是含苯環類物質。各產物的可能生產方式如下：苯酚的源於Caryl-Cα鍵斷裂、甲氧基脫去；2-甲氧基苯酚源於Caryl-Cα鍵斷裂；2-甲氧基-4-乙烯苯酚源於Cβ-Cγ鍵斷裂和C-O鍵斷裂；2-甲氧基-4-乙烯基苯酚源於Cβ-Cγ鍵斷裂和C-O鍵斷裂；香草醛： C-O鍵和Cα-Cβ斷裂生成一種中間產物，再氧化生產香草醛；香草乙酮由二級醇氧化得到；④可見光催化劑失活可能主要是兩方面原因：一方面，催化劑結晶度下降，晶格驅動力下降，光催化活性降低，另一方面，木質素及解聚中間體和產物覆蓋在催化劑表面；⑤可見光降解反應48 h後，殘餘木質素中自由酚羥基含量下降了45.3 %，苯環側鏈α羰基含量下降