《MOF材料催化的藻類生物油超臨界加氫改質的研究》是依託清華大學，由吳玉龍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：MOF材料催化的藻類生物油超臨界加氫改質的研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：吳玉龍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
藻類生物油具有含氧量高、品質不佳等不足，需要對其進行催化加氫改質。由於藻油分子尺寸大，原有方法分子擴散困難、氫壓高、催化劑易失活，本課題引入兼具微孔和介孔、且有儲氫特性的MOF催化劑，以超臨界正己烷為反應介質，以期通過MOF催化劑的結構孔道、儲氫特性和超臨界介質的優異溶解、擴散特性來克服目前方法的不足，建立一種藻類生物油催化加氫改質的新方法。主要研究包括：（1）設計製備MOF負載、活性組分均勻分布的高效催化劑；（2）研究在超臨界介質中進行藻類生物油催化加氫改質的機理和規律；（3）揭示模化物分子和氫分子在催化劑上吸附、解離和活化的機制；（4）研究十六烷酸等模化物的轉化歷程，考察生物油中其它組分對催化反應的影響；（5）採用真實藻類生物油考察驗證，建立全過程的反應網路。本課題的研究將為藻類生物油的改質提供新方法，同時拓寬超臨界催化反應和MOF材料催化套用的基礎研究。
結題摘要
-藻類生物質水熱液化所得的生物油需要脫氧改質提升才能使用。本課題引入具有合適孔尺寸和儲氫性能的MOF類或金屬/分子篩雙功能催化劑，以超臨界流體等為反應介質，將生物油催化提質得到高品質烷烴燃料。課題取得的主要相關研究成果如下：（1）通過溶劑熱方法將磷鎢酸（PTA）直接封裝在MOF結構內，得到PTA@PdCu@FeIII-MOF-5催化劑。在超臨界正己烷介質、氫氣氛圍下，研究了在該催化劑上棕櫚酸的脫氧反應。結果表明，棕櫚酸可以在240°C上完全轉化，十六烷的選擇性最高。由於通過將PTA封裝在PdCu@FeIII-MOF-5的空心納米結構內部而提高了MOF催化劑的酸度，因此十六烷的選擇性高於PdCu@FeIII-MOF-5。棕櫚酸的催化加氫脫氧的優異性能與蛋黃-殼MOF納米結構與SCF介質之間的協同作用有關。（2）開發了一種具有金屬-有機骨架結構特性的FDCA-Hf雜化物為載體的加氫脫氧高效催化劑。活性位Ru和HPW（磷鎢酸）的協同作用促進了棕櫚酸模化物向烷烴的轉化。以超臨界正己烷為介質，以HPW-Ru/FDCA-Hf為催化劑，240°C和2 MPa H2條件下，棕櫚酸的烷烴轉化率為100％，還產生了少量益於改善燃料特性的加氫裂化產物，研究了催化劑還原時間、反應溫度、反應時間和初始氫壓對棕櫚酸改質反應的影響，提出了棕櫚酸可能的催化提質反應機理。（3）完成生物油模化物苯酚水相催化加氫工作，構建水熱穩定性良好的MOF負載Pd納米催化劑，活性測試發現催化劑儲氫性能越好，催化加氫活性越高。進行苯酚催化加氫研究，Pd/MOF140-AA催化劑作用下，260°C、2 MPa的氫壓，苯酚能夠完全轉化，產物為環己醇、環己烷以及環己酮，其產率分別為40.1%、29.3%和14.3%。（4）設計製備了Mo/ZSM-22雙官能催化劑，對生物油模化物棕櫚酸進行了提質，能夠一鍋法完成脫氧和異構化。在棕櫚酸的提質過程中，催化劑強酸位點被證明有利於HDC、異構化和裂解。Mo6+更傾向於支持HDC反應，而Mo4+傾向於促進HDO反應，即Mo4+/Mo6+比值顯著影響HDO/HDC的選擇性。HDO的改善使棕櫚酸完全轉化，可顯著降低強酸位點對異構化的不利影響，從而得到更多的支鏈烷烴。 本課題將為藻類水熱液化制生物油的進一步發展奠定科學基礎。
