微波輻射極化脂肪酸鹽羧基端脫羧成烴的機理研究

《微波輻射極化脂肪酸鹽羧基端脫羧成烴的機理研究》是依託南昌大學，由劉玉環擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微波輻射極化脂肪酸鹽羧基端脫羧成烴的機理研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：劉玉環
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

甘油三酯脫羧裂解可以轉化為可再生烴類燃料，這相對於脂肪酸甲酯類生物柴油有冷凝點低、穩定性好的顯著優勢。本課題組前期的試驗表明微波能選擇性作用於硬脂酸鈉羧基端，導致其在微波場中發生偶極轉向極化和界面極化。離子或極性分子的Lorentz力按照電磁波作用的方式運動，有助於碳離子中間態的形成，有效推動脫羧反應的的進行。本項目擬採用微波輻射極化脂肪酸鹽羧基端脫羧裂解，通過GC、GC-MS、HPLC、FT-IR等分析裂解產物。精確控制反應過程中單位質量反應物接受微波輸出能量，探討在碳鏈長度、不飽和度、供氫體等關聯因素作用下脂肪酸鹽選擇性脫羧與裂解成烴的基本規律，推斷反應過程中間碳離子的形成過程和具體形態，建立典型的化學反應動力學模型，闡釋微波極化脂肪酸鹽羧基端選擇性脫羧與裂解成烴化學機理的科學問題，開闢微波化學套用理論研究新領域，研究的學術意義大並能為我國開發新型烴類燃料產業技術提供理論基礎。

結題摘要

甘油三酯通過脫羧裂解可以轉化為生物質基烴類燃料，具有黏度小，冷凝點和冷濾點均優於生物柴油，低溫流動性好，十六烷值高等顯著優勢。本項目以不同的脂肪酸鹽為模型化合物，研究微波輻射極化脂肪酸鹽羧基端脫羧成烴的相關機制，結果表明微波能選擇性作用於脂肪酸鹽羧基端，有效推動脫羧反應的進行；不飽和脂肪酸鹽中的雙鍵在脫羧反應的過程中與碳負離子中間體形成成P-π共軛體系，更加穩定，使裂解反應（脫羧、端烯化、異構化和芳構化等）更容易進行；脂肪酸鹽羧基端的金屬離子原子半徑越大，極性越強，升溫速率越快，定向優先加熱羧基端的效應越好，越容易發生脫羧反應。液體產物中端烯烴和正構烷烴系列從C8～C20規律分布，符合烴類裂解的規律。裂解液體與柴油的物理性質基本相似，從而證明微波熱解脂肪酸鹽（植物油脂鈉皂化物的主要成分）脫羧是製備可再生烴類燃料有效途徑。 進一步開展與脂肪酸酸鹽相關的廢棄物（非食用木本油脂皂化物，食品工業皂腳/油腳）的微波快速催化熱解機制研究，在反應體系中添加微波吸收劑與催化劑，微波場中迅速吸波形成“高熱床層”，皂化物連續添加至高熱床層，極速發生界面反應，快速脫羧成烴，解決了傳統微波熱解快速升溫導致的“熱點”負效應，增加了烴類燃油的產率及品質。具有特殊孔道的HZSM-5催化劑具有優越的脫氧能力，有利於烴類物質的生成（尤其是芳烴）。 最後對食品工業皂腳/油腳與木質纖維素類生物質共熱解的協同機制進行初步探索，研究工作從提高原料H/Ceff的角度出發，通過微波吸收劑輔助吸波快速催化熱解研究秸稈類生物質與皂腳的共熱解特性，獲得較高產率的芳香烴目標產物。秸稈類生物質與皂腳在共熱解過程中存在著互相促進熱解的協同作用，由於皂腳中含氫較多，在共熱解過程中向秸稈類生物質供氫，促進了秸稈類生物質向烴類的轉化，秸稈類生物質熱解產物中的含氧物質能夠促進皂腳中長鏈物質的斷鍵，促進更多皂腳的熱解，也能夠減少熱解產物中焦炭的生成量。