生物质利用新途径:多元醇催化合成可再生燃料和化学品

日益严重的全球性能源和环境问题促使开发利用可再生的生物质资源成为当前研究的一个热点.本文概述了生物质基多元醇合成燃料和化学品来实现生物质转化利用的一些最新进展,特别是集中介绍了甘油和山梨醇等多元醇催化水相重整合成氢气和液体烃等燃料、催化选择氢解和氧化合成高附加值化学品或化学中间体等方面的进展,分析了存在的问题和可能的解决措施以及今后的发展趋势,指出生物质基多元醇将成为今后合成可再生燃料和化学品的新型平台分子.     

生物质利用新途径:多元醇催化合成可再生燃料和化学品

日益严重的全球性能源和环境问题促使开发利用可再生的生物质资源成为当前研究的一个热点。本文概述了生物质基多元醇合成燃料和化学品来实现生物质转化利用的一些最新进展,特别是集中介绍了甘油和山梨醇等多元醇催化水相重整合成氢气和液体烃等燃料、催化选择氢解和氧化合成高附加值化学品或化学中间体等方面的进展,分析了存在的问题和可能的解决措施以及今后的发展趋势,指出生物质基多元醇将成为今后合成可再生燃料和化学品的新型平台分子。     

生物质转化合成新能源化学品乙酰丙酸酯

生物质是唯一可替代化石资源获取液态燃料和化学品的可再生资源,近年来由生物质转化合成乙酰丙酸酯引起了研究者们越来越广泛的关注。乙酰丙酸酯是一类重要的化学中间体和新能源化学品,具有高的反应特性和广泛的工业应用价值。目前开发的从生物质资源出发转化合成乙酰丙酸酯的潜在合成途径可概括为4种:直接酸催化醇解法、经乙酰丙酸酯化、经5-氯甲基糠醛醇解和经糠醇醇解。本文分别介绍了这4种转化合成途径的化学反应过程及最新研究进展,从反应合成工艺、催化体系、经济可行性等方面评述了各自的特点与发展趋势,并分析了目前工业规模转化生物质合成乙酰丙酸酯仍面临的一些科学难点。最后,对今后该领域的研究前景进行了展望。     

生物质平台化合物电催化制备高值燃料与化学品研究进展

生物质是一类丰富的可再生碳基资源, 有望代替传统化石资源生产燃料和化学品, 受到了广泛关注和研究. 近年来, 电催化作为一种绿色高效的转化策略, 成为生物质催化转化的重要研究方向之一, 具有巨大的应用前景. 本文总结了生物质平台化合物电催化制备高附加值燃料与化学品的研究进展, 根据反应类型重点介绍了电催化氧化、 还原和偶联反应, 对催化反应过程和机理进行了阐述, 并对电催化生物炼制的前景进行了展望.     

过渡金属催化的醇类脱氧脱水反应

开发和利用环境保护型的可再生新能源是缓和与解决能源环境问题的重要举措.生物质可作为燃料和可再生平台化学品的来源.高含氧量与过度官能化的生物质原料不能直接使用,因此降低生物质原料的含氧量并将其转化为燃料与增值化学品的方法是实现生物质能广泛应用的关键.还原脱氧的方法主要有热解、水解、氢解、脱羧/脱羰反应、加氢脱氧与脱氧脱水反应等.本综述详细介绍了铼、钼、钒、钌等四种过渡金属催化的由二元醇及多元醇制备相应烯烃的脱氧脱水反应,主要从均相催化、还原剂使用、机理研究和非均相催化等方面做了多角度的总结.铼催化的脱氧脱水反应具有选择性好和烯烃产率高等优点,钼、钒、钌等金属是可能替代昂贵的铼金属的催化剂.     

生物质平台分子γ-戊内酯的研究进展

生物质是自然界存量丰富的可再生资源.随着化石资源的日渐枯竭,由生物质制备燃料和化学品引起人们关注.把生物质转化为燃料和化学品通常经过生物质平台分子步骤.在众多生物质平台分子中,γ-戊内酯(GVL)具有广泛的用途,有关γ-戊内酯的合成和转化的研究成为一个热点课题.由木质纤维素制备GVL已经开发出多种催化体系,将GVL转化为燃料、化学品以及高分子材料也有大量文献报道.着重从不同的原料、催化体系归纳GVL的合成路线和方法,为探索高效、经济、绿色、可持续的GVL合成途径提供思路,并对GVL的高效转化的研究加以总结,为发展新的转化技术,拓展应用范围提供参考.     

纤维素基生物质催化转化制备二醇

生物质作为最有潜力替代化石能源的可再生资源之一,受到日益广泛的重视。纤维素基生物质是催化转化为各种燃料和化学品的重要原料。近年来,二醇(包括乙二醇、丙二醇和丁二醇等)作为燃料和化学品广泛应用于各个领域,市场需求很大。传统制备二醇是以化石能源为原料,存在原料不可再生和环境污染大等缺点。因此采用非化石原料途径制备二醇受到越来越多的关注,其中以纤维素基生物质催化制备二醇是克服化石燃料短缺和减少环境污染的重要途径之一。本文系统总结了近年来以纤维素基生物质(纤维素、葡萄糖、果糖和山梨醇)为原料催化转化制备二醇的研究现状,对反应途径、反应机理、催化剂稳定性和反应溶剂类型等进行了详细介绍,在此基础上对利用纤维素基生物质原料催化制备二醇的发展趋势进行展望,以期为相关研究者提供参考。     

光电解水制氢耦合生物质醇/醛氧化的研究进展

生物质醇/醛是一类重要的生物基平台化合物, 通过催化氧化重整可将其进一步转化为高值含氧化学品或燃料. 太阳能驱动的光电催化技术是实现生物质醇/醛氧化最为绿色高效的途径之一. 与传统光电解水制氢相比, 利用生物质醇/醛氧化来替代阳极析氧过程不仅可以提高阳极产物的附加值, 同时可以提升太阳能到氢能的转化效率. 因此, 光电解水制氢耦合生物质醇/醛氧化对绿氢提效降本和高值化学品合成具有重要意义. 本文综合评述了光电解水制氢耦合生物质醇/醛的氧化反应机理, 总结了目前光电催化技术在生物质醇/醛氧化方面的研究进展, 最后对该领域所面临的机遇和挑战进行了展望.     

钌碳耦合碱还原催化降解三倍体毛白杨

化石资源的过度消耗及因此产生的环境问题驱动了生物质资源各组分转化为燃料、化学品及材料的研究发展.木质素是自然界最丰富的可再生芳香碳氢资源,也是生物质中最难以实现高值化利用的组分.将木质素催化降解生成苯酚类单体化合物是其高值化利用的关键,因此开发新型催化体系对于提高当前生物精炼产业经济效益具有重要意义.本文利用钌碳耦合碱...     

乳酸酯氧化脱氢制备丙酮酸酯的研究进展

生物质资源替代化石资源制取燃料和化学品已成为发展可再生能源化工的重要研究方向之一。本文综述了近年来以生物质平台分子乳酸酯为原料制备丙酮酸酯的研究工作,主要涉及的反应包括气相催化反应、液相催化反应和光催化反应。详细讨论了各种类型的催化剂对反应性能的影响;最后,对乳酸酯催化转化制取丙酮酸酯的发展前景进行了展望。     

新型生物质基平台分子γ-戊内酯的应用

通过生物质基平台分子将可再生的生物质资源转化为各种化学品和燃料的研究日益受到人们的关注。在众多生物质基平台分子中,γ-戊内酯(γ-valerolactone,GVL)可作为一种可持续供应的原料用于生产碳基化学品及能源,因此被认为是最具应用前景的平台分子之一。本文中将着重从四个方面介绍和总结近年来GVL的应用研究进展,包括以GVL作为绿色溶剂、以GVL作为起始原料合成其他碳基化学品、聚合材料及液体烃类燃料,以期为开拓生物质平台分子GVL的应用研究提供一些思路和参考。     

生物质水热催化制备重要含氧化学品研究进展

作为唯一可再生、 分布广泛的绿色含碳资源, 生物质的高值化利用尤其是制备高品质含氧化学品日益引起研究者的广泛关注, 其中生物质水热催化制备重要含氧化学品是当前的一个重要研究方向. 本文对生物质经水热催化加氢、 脱水和水解制备多元醇、 5-羟甲基糠醛和乳酸的研究进展进行了系统总结和评述, 分析了催化剂的作用机制和产物生成机理, 并对生物质水热催化的研究前景进行了展望.     

复合金属氧化物催化剂用于甘油氧化制丙烯酸的研究进展

随着化石燃料的短缺及其利用所产生的环境问题,可再生生物质资源逐渐成为生产燃料以及化学品的重要来源。近年来,甘油作为生物柴油生产的主要副产物受到了人们的广泛关注,利用其生产高附加值产品以及开发相关的转化技术也成为了国内外学者研究的热点。在诸多转化技术中,甘油选择性氧化制丙烯酸展现出了广阔的发展前景,对该反应尤其是催化剂开展研究具有重要的经济意义和社会意义。文中综述了用于甘油选择性氧化制丙烯酸复合金属氧化物催化剂的研究现状,介绍了当前用于该反应的催化体系类型以及对甘油氧化制丙烯酸催化反应机理的认识,分析并提出了存在的问题以及对未来的展望。     

生物质基分子水相催化加氢反应及多相催化剂

生物质转化为平台分子,进一步转化成燃料和化学品是生物质利用的重要途径之一。本文总结了水相加氢反应及其催化剂的研究进展,指出了水相催化反应对催化剂的调控合成带来的挑战,如活性组分的流失,催化剂表面重构及毒化等。总结了水相催化加氢反应中高活性及高稳定性加氢催化剂的合成策略:如载体表面结构调控、炭的表面包覆、载体与金属活性组分之间相互作用的增强及新结构催化剂的设计合成等,指出了水相加氢反应的催化剂设计合成的发展方向,为生物质催化转化研究提供参考。     

C4二醇的发酵生产及其化学催化升级为高价值化学品的研究进展（英文）

化石资源的过度消耗导致能源和环境污染问题,迫切需要科研人员开发出可持续、低能耗、绿色低碳的化学品生产技术.生物技术利用“细胞工厂”,以生物质等可再生资料为原料生产基础化学品,是以化石资源为原料的合成方法的潜在替代方案.然而,利用生物技术生产全系列石化产品存在其自身的局限性,因此,人们对集成/混合方法越来越感兴趣,该方法先采用生物技术对生物质升级,再通过化学催化的途径使其转化为含有活性官能团的产物.本文主要综述了C4二醇的三种重要结构异构体, 2,3-、1,3-和1,4-丁二醇的生物生产方法,目前这些异构体主要通过石化路线生产,全球市场需求不断增长.首先,从集成方法的原理出发,总结了上述二醇的生物法生产现状,包括底物、微生物、发酵技术和代谢/途径工程和发酵技术.然后,全面总结了C4二醇催化升级以生产系列产物的最新研究进展,讨论了催化剂中不同活性位点对催化活性、产物选择性和催化剂稳定性的影响.此外,给出了集成方法的具体实例,解决开发C4二醇生物生产工艺的相关挑战,强调通过直接催化转化方法对其升级所存在的困难.最后,对C4二醇的发酵生产及其化学催化升级为高价值化学品的相关研究进行总结,对未来...     

利用多功能、多用途的可再生甲酸实现化学品的绿色与可持续合成（英文）

近年来,随着化石资源日趋短缺以及由此带来的人类生存环境日益恶化,生物质等可再生资源的高效、可持续利用已成为各国科学家研究与关注的焦点.甲酸,生物精炼中的主要副产物之一,具备廉价易得、无毒、能量密度高以及可再生可降解等特性,将其应用于新能源利用与化学转化,不仅有助于甲酸应用领域的进一步拓展,还有助于解决面向未来的生物精炼技术中的一些共性瓶颈问题.本文简要回顾了甲酸利用的研究历史,总结了甲酸作为高效、多用途试剂与原料在化学品合成及生物质催化转化等方面的最新研究进展,并对利用甲酸活化来实现高效化学转化的基本原理及催化体系进行了对比分析,指出今后研究重点应着眼于努力提高甲酸的利用效率,同时实现高选择性合成两方面,并在此基础上进一步拓展其应用领域.在化学品合成方面,甲酸作为一种环境友好可再生的多功能试剂可应用于多种官能团的选择转化过程.作为一种高含氢量的氢转移试剂或还原剂,甲酸相较传统氢气具有操作简便可控、条件温和、具有良好化学选择性等优点,广泛应用于醛酮、硝基、亚胺、腈、炔烃、烯烃等的选择还原以制取相应的醇、胺、烯烃和烷烃类化合物,以及醇类和环氧化物的氢解和官能团去保护等过程.鉴于甲酸亦可用作C1原料,作为多用途的关键基础试剂甲酸还可应用于包括喹啉衍生物的还原甲酰化、胺类化合物甲酰化和甲基化,烯烃羰化以及炔烃还原水合等多级串联反应,是实现精细复杂有机分子高效简约绿色合成的重要途径.该类过程的挑战在于寻求对甲酸及特定官能团的可控活化兼具高选择性和高活性的多功能催化剂.此外,近期有研究表明以甲酸为C1原料还可通过催化歧化反应直接高选择性合成甲醇等大宗化学品.在生物质催化转化方面,甲酸的多功能特性为实现绿色、安全、高原子经济性生物精炼过程提供了潜在可能.生物质资源是储量最大、最具潜力的可持续替代资源,但将其转化为可利用的资源形式仍然面临挑战.甲酸的酸性质及良好溶剂特性可应用于生物质原料预处理过程,实现木质纤维素组分分离和纤维素提取,相较传统无机酸预处理体系具有沸点低、易分离、不引入无机离子、对下游反应兼容性强等优点;而作为高效氢源,甲酸也被广泛研究应用于生物质平台化合物选择催化转化制高附加值化学品、木质素降解制芳烃化合物和生物油加氢脱氧精制处理等过程,相较依赖H2的传统氢化过程具有转化效率高、反应条件温和,简便安全并可有效减少相关生物精炼过程中化石资源的物耗与能耗等优势.最新研究表明,通过在温和条件下甲酸水溶液中解聚氧化木质素,可得到重量比大于60%的低分子量芳烃溶液,这一创新性发现为从木质素中直接提取高值芳香化学物等化学品带来了新的机遇.综上所述,生物基甲酸在绿色有机合成和生物质转化等方面表现出巨大潜力,而其多功能性和多用途性对于实现原料的高效利用及目标产物的高选择性至关重要.该领域目前已取得了一定成果并得到了快速发展,然而距实际产业应用还有相当距离,需要进一步探索.今后的研究重点应着眼于以下几个方面:(1)如何针对特定反应优选合适的催化活性金属及反应体系;(2)如何在其他原料和试剂存在条件下高效、可控地活化甲酸;(3)如何从分子层面理解复杂反应的反应机制;(4)如何在相关过程中稳定相应催化剂.展望未来,基于现代社会对环境、经济和可持续发展的需求,甲酸化学将得到产业界与学术界越来越多的关注和研究.     

生物质热化学转化制备生物燃料及化学品

生物质是环境友好的可再生能源.近年来相关研究不断升温,文献报道量激增.本文在现有文献综述及近期报道的基础上,从利用热化学方法由生物质获得燃料油及化学品的角度对各方案进行了归纳、适当补充及简要述评,重点介绍了生物油催化裂解精制、水相重整制备烷烃、超临界水/水热制备化学品3个领域.     

生物质热化学转化制备生物燃料及化学品

生物质是环境友好的可再生能源.近年来相关研究不断升温,文献报道量激增.本文在现有文献综述及近期报道的基础上,从利用热化学方法由生物质获得燃料油及化学品的角度对各方案进行了归纳、适当补充及简要述评,重点介绍了生物油催化裂解精制、水相重整制备烷烃、超临界水/水热制备化学品3个领域.     

选择性氧化HMF

近年来,利用储量丰富且可再生的生物质资源制备高附加值化学品和液体燃料是目前化学研究领域的热点之一,同时契合可持续发展的国家战略。5-羟甲基糠醛(HMF)是关键的生物质平台化合物之一,广泛应用于制备精细平台化合物、药物的中间体、聚合物的合成、液体燃料的前驱体等。因此,HMF的选择性氧化逐渐成为生物质领域的研究热点。本文主要介绍了近五年来关于HMF选择氧化制备DFF、FFCA、FDCA等生物质衍生物的研究,以及以HMF为中间体的生物质转化过程。关于对HMF进行选择性氧化,主要聚焦于以热催化和光催化两种途径。其中,以热催化的途径将HMF选择性氧化为DFF和FDCA研究较多,此途径下的催化体系主要介绍了贵金属和非贵金属两类;而在为数不多的光催化途径下,主要研究的催化体系是g-C₃N₄催化剂。最后,指出了目前HMF氧化反应研究存在的不足,并提出了可能解决的方法。     

由生物质合成高密度喷气燃料

高密度喷气燃料是为先进航空航天飞行器而合成的燃料,以生物质基原料制备高密度喷气燃料符合国家可持续发展战略并可拓展燃料来源。本文综述了近年来由生物质基原料制备高密度喷气燃料的研究进展,燃料种类包括链烷烃、带支链的单环烷烃以及多环烷烃,燃料合成原料包括环酮（醇）、呋喃醛（醇）、芳香族含氧化合物（苯酚、苯甲醚、愈创木酚）、蒎烯等生物质及其平台化合物。发动机的推进性能高度依赖于所用燃料的性能,其中,最重要的性能是密度和低温性能。本文总结了典型燃料的性能以讨论分子结构的影响,增加燃料分子中环的个数会增加燃料密度但是也会导致低温性能不期望的变化,引入支链可改善低温性能。同时讨论了烷基化、缩合、加成、加氢脱氧等燃料合成反应涉及的催化剂、反应机理及其调控等关键因素,最后对由生物质基原料合成高密度喷气燃料的发展趋势进行了展望。本文将有助于探索及发展高密度燃料合成的方法及工艺。