《生物質間接液化制汽油反應機理研究》是依託寧波大學，由朱穎穎擔任負責人的國家自然科學基金資助青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物質間接液化制汽油反應機理研究
- 依託單位：寧波大學
- 項目負責人：朱穎穎
- 項目類別：青年科學基金項目
項目簡介,結題摘要,
項目簡介
本項目擬通過模擬計算和實驗分析相結合的手段，針對生物質基合成氣富含CO2 的特點，開展生物質間接液化制汽油反應的量子化學研究。製備具有高活性的Cu-ZnO-SiO2 納米催化劑並考察其反應活性，確定製備條件和製備方法對Cu-ZnO-SiO2 納米催化劑形貌、晶相的影響規律，以及與催化劑反應性能的構效關係。同時，利用密度泛函理論，開展生物質富CO2 合成氣在優選的催化劑表面反應的理論計算，對合成反應各種可能的基元反應過程開展計算、搜尋反應過渡態，通過實驗分析與理論計算，確定反應機理。通過該項目的系統研究，對於生物質間接液化液體燃料合成具有重大的指導意義，促進生物質能的高品位利用。
結題摘要
生物質能是一種可再生的清潔能源，利用生物質熱化學轉化得到合成氣，進而由合成氣合成清潔燃料以替代傳統化石燃料，對於緩解能源危機和環境問題有重要意義。但生物質的含氧量高，因此定向氣化後產生的合成氣中CO2含量也相應較高，不利於液體燃料的合成。而徹底脫除生物質氣化氣中的CO2勢必增大合成氣的處理成本。本研究針對生物質基合成氣富含CO2的特點，開發了高活性、高選擇性的催化劑開展生物質合成氣制汽油的實驗研究。為了提高合成氣的轉化率和汽油產率，製備了一系列針對富CO2合成氣制汽油的Cu-ZnO-SiO2催化劑，並對催化劑和反應工藝條件進行最佳化，在270 ℃、2MPa、H2/CO=2、氣體空速（GHSV）為1500 h-1的條件下，在最佳化後的催化劑上可以獲得最大的液體烴類燃料選擇性55.6%。 在此基礎上開展生物質間接液化制汽油反應途徑的量子化學計算，構建各種可能的反應中間體在催化劑表面的構型轉換規律，搜尋相應的過渡態，計算相應的活化能，進而推導能量最低的反應途徑。機理研究表明，CO加氫在Cu基催化劑上合成甲醇的最優反應路徑為：CO→HCO*→H2CO*→H3CO*→H3COH；在甲醇脫水生成多碳鏈的反應過程中，二甲醚是甲醇脫水合成的直接物質：2CH3OH→CH3OCH3+H2O，乙烯為甲醇二次脫水的穩定產物：CH3OCH3→CH2CH2+H2O，甲醇脫水形成的中間產物經過多次脫水縮合形成汽油的主要多碳鏈分子，其中CH3CH2CH2OH→CH2CH2CH2+H2O和CH3OCH2CH3→H2C=CHCH3最易穩定存在。另外以1公頃土地種植生產的玉米秸稈為基準，研究了生物質轉化為生物質汽油過程中的能源效率和污染物排放，並比較了直接法和間接法制生物質汽油這兩種技術的能源與環境效益。
