玉米秸秆催化液化制备生物油实验研究

以玉米秸秆为原料,添加分子筛催化剂在体积为500 mL的高温高压反应釜中进行催化液化制备生物油实验研究。选取反应温度、催化剂含量和反应时间三个主要因素为变量,探究其对玉米秸秆催化液化产物分布的影响。利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对玉米秸秆生物油的成分和官能团结构进行分析。结果表明,玉米秸秆的最佳催化液化条件为,反应温度为340 ℃,玉米秸秆15 g,FeHZSM-5催化剂含量为6.67%,反应时间为30 min。在此条件下,生物油产率为28.03%,催化液化整体转化率为81.73%。生物油的主要成分为酚类和长链酯类,生物油的热值达30.08 MJ/kg。     

制备方法对Cu-SiO_2催化剂结构及其生物基木糖醇选择氢解性能的影响

生物质基高碳多元糖醇选择氢解制备高附加值的C2、C3小分子多元醇具有重要的科学意义和应用前景.采用常规浸渍法(IM)、沉淀凝胶法(PG)、尿素水解沉积沉淀法(UHDP)、蒸氨沉积沉淀法(AEDP)和异相沉积沉淀法(HTDP)等5种不同方法制备了纳米Cu-Si O2催化剂,通过XRD、XPS、H2-TPR、BET和N2O化学吸附等不同方法对催化剂结构进行了表征,以Ca(OH)2为助剂考察了催化剂在生物基木糖醇选择氢解制备乙二醇和1,2-丙二醇反应中的催化性能.结果显示:制备方法不同Cu-Si O2催化剂的表面和体相组成不同,IM催化剂焙烧样品表面主要以Cu O存在,AEDP和HTDP焙烧样品的表面主要是页硅酸铜,而PG和UHDP焙烧样品的表面Cu O和页硅酸铜共存;IM和UHDP焙烧样品的体相以团聚的大颗粒Cu O为主,PG和HTDP样品以高分散Cu O为主,AEDP样品体相以高分散无定形页硅酸铜存在.受样品中物相组成的影响,不同方法所制备催化剂的分散度按AEDPPGHTDPUHDPIM顺序递减,经H2还原活化后,催化剂中Cu0颗粒尺寸按相反顺序递增.催化剂的木糖醇氢解反应活性和二元醇目标产物选择性受制备方法影响十分明显,均按AEDP、PG、HTDP、UHDP和IM的顺序先增高后降低,以UHDP法制备的Cu颗粒尺寸在12 nm左右的催化剂表现最佳,主要原因是该反应为结构敏感型反应,活性和选择性依赖于Cu颗粒尺寸.     

复合酶耦合酶解酸处理后玉米秸秆的研究

以玉米秸秆为研究对象,经过2%硫酸预处理后,利用果胶酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶三种酶协同酶解,以提高玉米秸秆的酶解产糖量。结果表明:当酶解时间为48h,果胶酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶分别为45U/mL、30U/mL、60U/mL时,葡萄糖、木糖和酶水解得率分别为67.83%、3.25%、73.65%,相比纤维素酶单一酶解的葡萄糖、木糖和酶水解得率分别提高了65.04%、20.82%、65.06%。分步糖化发酵5天后,相比单一酶解发酵乙醇含量提高了72.5%。说明利用三种酶复合处理,能明显提高酶解产糖量。研究结果为玉米秸秆转化为可发酵糖技术的研究提供重要参考。     

Cu-MFI催化剂上Cuδ+催化乙醇脱氢制乙醛(英文)

作为一种清洁的可再生能源产品,乙醇可用于制造乙醛、丙烯、正丁醇、1,3-丁二烯和芳香烃等高值化学品.对于大多数的乙醇催化转化过程,第一步是乙醇脱氢生成乙醛,因而该反应具有重要的研究意义和应用价值.铜基催化剂因在乙醇脱氢反应中具有高活性和高选择性,受到广泛关注与研究.然而,由于催化剂上铜配位结构较为复杂,价态多变,催化剂的关键活性位点目前仍难以确定.此外,铜的Tamman温度较低,在反应条件下因铜活性位容易烧结或团聚而导致催化剂失活,因此需要进一步提升铜催化剂的稳定性.构筑具有明确结构和高稳定性的铜基催化剂是获得高性能乙醇脱氢反应的关键,也是深入认识该反应中催化剂结构与性能构效关系的前提.本文首先采用蒸氨法制备了一系列的Cu-MFI催化剂,再通过酸处理将催化剂上不稳定的CuO_x物种除去,留下与MFI载体强相互作用的Cu物种.通过优选Cu负载量和优化反应条件,发现在250°C和WHSV=0.64 h^-1的反应条件,在最佳催化剂5%Cu-MFI-de Cu上实现了95%的乙醛选择性和约87%的乙醇转化率,且可稳定运行120 h.系统表征(氢气程序升...     

玉米秸秆纤维素在亚/超临界乙醇中液化生成酮类化合物的机理探讨

利用间歇式高压反应釜,在反应温度320℃、反应时间60 min条件下,研究乙醇用量对玉米秸秆纤维素液化生成酮类化合物的作用。当乙醇添加量为0时,酮类化合物的产率仅为1.25%。随着乙醇用量由0增加到160 mL,生物油产率不断的升高,酮类化合物产率增加至18.38%,乙醇促进了纤维素液化生成酮类化合物。利用GC/MS和FT-IR对生物油进行了定性分析,结果表明,在亚/超临界乙醇中,酮类化合物主要通过三条路径形成,纤维素脱水形成了含-C=O的活性纤维素,活性纤维素按逆Diels-Alder机理进行开环、脱水、异构化形成了4-羟基-4-甲基-2-戊酮等脂肪族酮类化合物;在乙醇自由基作用下,活性纤维素中C-O-C、C-C等键断裂、开环,形成环戊烯酮等脂环族酮类化合物,环戊烯酮与多种中间产物发生缩合、酯化形成2-甲酸基-1-苯基乙酮等芳香族酮类化合物;在高浓度乙醇自由基作用下,芳香族酮类化合物进一步发生裂解形成酸类、酮类等化合物。根据对酮类化合物生成机理的分析,建立了纤维素在亚/超临界乙醇中液化生成酮类化合物的反应网络。     

底物水解预处理对玉米秸秆发酵生物产氢的影响

水解预处理是影响纤维索类生物质发酵产氢效率的关键因素之一.在批式试验条件下,分别采用乳酸处理(方法A),生物处理(方法B)和生物/乳酸两步处理(方法C)方法对玉米秸秆进行糖化水解预处理;考察了水解预处理对产氢效率的影响.结果表明:经乳酸预处理、生物预处理和乳酸/生物两步处理的玉米秸秆的累积氢产量分别为132 mL/g,...     

制备条件对Cu-ZnO-MnO_x/Al_2O_3催化剂氢解性能的影响

以Al2O3为载体,采用沉积沉淀法制备了无铬环境友好型Cu-ZnO-MnOx/Al2O3催化剂,并用于α,α-二甲基苄醇氢解制异丙苯研究.利用X射线粉末衍射(XRD)、低温N2吸附、扫描电镜(SEM)、X荧光光谱仪(XRF)等表征及活性评价手段考察了沉淀pH值、沉淀温度、老化时间和焙烧温度对催化剂物化性质及催化性能的影响.试验结果表明,沉淀温度主要影响前驱体中各物相的转化速率;沉淀pH值和老化时间不仅影响前躯体中各物相的转变速度而且影响Cu2+、Zn2+的同晶取代速率;焙烧温度则主要影响前躯体的分解和催化剂的晶粒大小,前躯体中(Cu0.3Zn0.7)5(CO3)2(OH)6和(CuZn)2CO3(OH)2是CuO-ZnO固溶体的主要物相,而(Cu0.3Zn0.7)5(CO3)2(OH)6物相的形成有利于提高催化剂的稳定性.     

甘油催化氢解制备精细化学品的研究进展

随着生物柴油产业的快速发展,作为副产物的甘油大量过剩,因而有效利用甘油既能促进生物柴油产业的良性发展,又能节约大量石油资源。通过甘油催化氢解的方式来制备高附加值化学品丙二醇、乙二醇和丙醇等是甘油转化研究中最有潜在应用价值的路径之一,甘油氢解反应易于实现连续化生产,且目标产物附加值高、选择性高,因而具有良好的经济效益。本文首先简要介绍了甘油化学,深入探讨了甘油的氢解机理,然后重点综述了甘油氢解制备1, 2-丙二醇、1, 3-丙二醇、乙二醇和丙醇高效催化剂的研究进展,并对甘油氢解未来的研究方向和发展趋势作了进一步展望。     

水相循环对玉米秸秆水热液化成油特性影响的研究

以玉米秸秆为原料,以去离子水为介质,研究水相循环对玉米秸秆水热液化成油特性的影响。循环过程中不额外添加去离子水,对循环前后的水相产物、生物原油和固体产物进行对比研究发现,水相循环产生有机酸的富集效应,促进酮酚类的转化,两者共同作用提高生物原油和固体产物的产率和品质。具体表现为:水相循环对水相pH值影响较小(3. 62-3. 91),但可以使乙酸和丙酸等有机酸不断累积,同时使酮类、酚类化合物含量逐渐减少;水相循环可以使生物原油产率从20. 42%逐步提高至24. 31%,且可略提升油品质;水相循环可以使固体产物的碳含量由60. 94%提升至61. 74%。     

碱促进剂在Ru/CNFs催化山梨醇氢解制备二元醇中的作用

研究了NaOH,KOH,Mg（OH）₂,Ba（OH）₂和CaO等5碱促进剂在Ru/CNFs催化山梨醇氢解过程中的作用机制.结果表明,这些碱均能显著提高山梨醇的转化率,但生成二元醇的选择性随碱种类而有所差异,其中以CaO促进的催化剂二元醇选择性最高.CaO提供了用以催化C—C键断裂的OH^-,同时与中间产物形成络合物从而影响反应历程.提出了CaO作为促进剂时山梨醇氢解生成二元醇的反应历程,并由此进一步优化了山梨醇浓度、Ru催化剂用量和碱促进剂用量之间的匹配以达到更高的二元醇产率.     

In对Ni/SiO2催化剂苯甲醚加氢脱氧性能的影响:苯环加氢及 C-C键氢解的抑制作用

由可再生木质素基生物质油加氢脱氧制三苯(苯、甲苯及二甲苯)及燃油可减少对化石能源依赖、缓解环境问题,加氢脱氧催化剂的研究开发为众多学者密切关注.我们以低成本金属Ni为加氢脱氧活性组分,采用金属In对金属Ni催化剂进行改性,旨在增加以苯甲醚为模型反应物加氢脱氧中的三苯收率、降低金属Ni的C-C键氢解及甲烷化活性,提高反应过程中碳收率、降低耗氢量.采用等体积浸渍-程序升温还原法制备了Ni/SiO2及Ni-In/SiO2催化剂,研究了Ni/In比及Ni含量对In改性Ni/SiO2催化剂结构和苯甲醚加氢脱氧性能的影响,利用H2-TPR,H2化学吸附,XRD,NH3-TPD,XPS,TEM及N2物理吸附-脱附等手段对催化剂及其前驱体进行了表征,采用石英管固定床反应器在300°C、常压、H2/苯甲醚摩尔比25及苯甲醚重时空速0.4 h-1的反应条件下考察了催化剂苯甲醚加氢脱氧性能,分析了催化剂结构与性能之间的关系.H2-TPR结果显示,金属In的加入抑制了催化剂前驱体中Ni物种的还原.XRD,H2化学吸附,HAADF-STEM-EDS及XPS等结果表明,经450°C还原制备的Ni-In/SiO2双金属催化剂中Ni和In接触紧密.In的加入明显降低了催化剂表面金属Ni的活性位数量;并且,Ni/In比越低Ni-In/SiO2催化剂H2化学吸附量越小.XPS结果还显示,Ni-In/SiO2催化剂中存在金属In向Ni转移电子.上述结果说明,在Ni-In/SiO2催化剂中金属Ni与In存在较强的相互作用.在苯甲醚加氢脱氧反应中,与Ni/SiO2催化剂相比,Ni-In/SiO2催化剂虽因表面Ni密度较低而具有较低苯甲醚转化率,但其苯环加氢、C-C键氢解及CO甲烷化活性较低,因而具有较高的三苯及环己烷选择性;并且,随Ni/In比的降低(即In含量的增加),Ni-In/SiO2催化剂的加氢、氢解及甲烷化能力呈减弱趋势.随Ni质量含量提高,Ni-In/SiO2双金属催化剂上苯甲醚转化率提高,但对三苯选择性及C-C键氢解能力影响不明显.经分析认为,与Ni/SiO2相比,Ni-In/SiO2催化剂较低的苯加氢及C-C键氢解活性与In对表面连续Ni位隔离作用及金属镍位电子云密度提高有关.在优化的反应条件下,Ni质量含量为40%、Ni/In比为40的Ni-In/SiO2催化剂上三苯收率为60.4%,高于相同Ni质量含量Ni/SiO2催化剂上三苯收率(51.6%).     

Cu催化羟基自由基氧化断裂纤维二糖分子糖苷键反应及其在纤维素低温解聚中的应用

纤维素是葡萄糖通过β-1,4-糖苷键链接而成的高聚物,在木质纤维素中含量最高,结构稳定,较难水解.糖苷键的解聚主要有三种方式:酶水解、酸水解以及碱降解.酶解的优点是反应条件温和、副产物少,但存在成本高、活性低等缺点,限制了其大规模的工业化生产.碱水解纤维素的同时伴随着葡萄糖的peeling-off反应得到异变糖酸,需要消耗大量的碱,并且强碱也存在腐蚀性强和回收难等问题.酸水解是目前工业上常用的纤维素水解方法,在保持较高葡萄糖选择性的同时,通过对反应条件的控制(提高反应温度和酸浓度)来提高纤维素的水解效率,但是硫酸对设备的腐蚀性强,也难以回收,不符合绿色化学的发展要求.固体酸是近年来研究较多的纤维素水解催化剂.固体酸虽然腐蚀性弱、易回收,但是其活性低,水热稳定性较差,目前还不具备大规模生产的条件.本文发展了一种羟基自由基活化断裂糖苷键的方法,利用羟基自由基的高活性在低温下实现糖苷键的选择性断裂,同时羟基自由基与糖苷键作用后转化为无毒无害的水和氧气,将不会对环境造成污染.我们首先以纤维二糖作为纤维素的模型分子,通过羟基自由基能够优先与糖苷键反应得到葡萄糖和葡萄糖酸的实验证实所提出的方法的可行性.实验表明,来自H2O2的·OH自由基能够在铜基催化剂作用下选择性氧化断裂其糖苷键,生成葡萄糖和葡萄糖酸.比如:采用均相CuSO4体系,纤维二糖转化率约为20%时,葡萄糖和葡萄糖酸的选择性分别为28.5%和32.3%.采用多相CuO/SiO2(4 wt%CuO)体系,纤维二糖转化率约为20%时,葡萄糖和葡萄糖酸的选择性约分别为23.3%和25.7%,并且该催化剂具有良好的循环使用性能.与·OH类似,CuSO4催化过硫酸钾生成的·SO4-自由基也能够有效转化纤维二糖,在纤维二糖转化率为20%时,葡萄糖和葡萄糖酸的选择性分别为36.6%和39.9%.利用这种·OH和·SO4-自由基氧化的方法,也能够在较低温度下(333 K)解聚纤维素中的糖苷键.我们发展了H2O2浸渍预处理纤维浸渍预处理纤维素的方法,通过部分破坏纤维素糖苷键,提高了纤维素的水解活性.比如:处理后的纤维素在413 K条件下反应12 h,纤维素转化率和葡萄糖选择性分别达到约36.1%和42.5%.XRD结果表明,处理后的纤维素的晶体结构未发生明显的变化.FT-IR表征结果显示处理后的纤维素表面生成了大量的羧酸基团.     

热处理时间对CuZnAl催化剂合成C2+OH性能的影响

采用完全液相法在不同热处理时间下制备了CuZnAl催化剂,利用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、NH₃吸附-脱附（NH₃-TPD-MS）和N₂物理吸附-脱附等方法对其结构进行了表征分析,并在浆态床反应器上对其催化合成气制C₂₊OH的性能进行了研究。研究发现,延长热处理时间增强了催化剂中Cu和Al物种之间的相互作用力,改变了其中Cu⁺的量,从而影响Cu⁺-Cu⁰活性位的协同作用。同时,热处理时间的延长减少了催化剂的表面酸量,增大了孔容和孔径;催化剂表面较少的弱酸位及较大孔容和孔径均有利于C₂₊OH的生成。热处理时间为7 h时所制备的CuZnAl催化剂表现出了优良的低碳醇合成催化活性,CO转化率和总醇中C₂₊OH的质量分数分别达到了38.1%和65.9%。     

落叶松多聚原花色素的Pd/C催化氢解反应研究

以落叶松（IAlrix gmelini）树皮中提取的多聚原花色素为原料,通过Pd／C催化氢解反应制备低聚原花素。研究了反应温度、时间、压力和催化剂用量对低聚原花色素生成率和多聚原花色素转化率的影响。结果表明,采用催化氢解反应可使落叶松多聚原花色素降解为低聚原花色素。以70％乙醇水溶液为介质时的较优反应条件是：反应温度为80℃、反应时间为200min、氢气压力为3MPa、Pd／C催化剂用量为0．2％。在此条件下多聚原花色素的转化速率≥90％,低聚原花色素的生成率≥75％。HPLC分析表明,落叶松多聚原花色素降解产物与葡萄籽低聚原花色素的典型成分一致。     

Production of oligocellouronates by biodegradation of oxidized cellulose

The biodegradation of β-(1,4)-polyglucuronic acids from cellulose acetate oxidation utilizing the TEMPO/NaBr/NaOCl system was investigated using a glucuronan lyase isolated from Trichoderma strain GL2. Products of the β-elimination mechanism catalyzed by this enzyme were then purified by size-exclusion chromatography and characterized by ESI-Q/TOF-mass spectrometry and ¹H-NMR spectroscopy. The analyses prove the complete biodegradation of this category of cellulose derivates and open the way to the large-scale production of oligouronides.     

W(II)-catalyzed hydroarylation of bicyclo[2.2.1]hept-2-ene by simple arenes

The tungsten(II) carbonyl compound (CO)₄W(μ-Cl)₃W(SnCl₃)(CO)₃ has been found to be a very effective catalyst for the hydroarylation of bicyclo[2.2.1]hept-2-ene (norbornene) conducted in arene solution at room temperature. Norbornene adducts with benzene, toluene, para-xylene, and mesitylene have been isolated and their structures have been unambiguously established by means of ¹H and ¹³C NMR spectroscopy. On the basis of ¹H NMR monitoring of several catalytic reactions, a possible mechanism involving coordination of norbornene to the W(II) atom and its activation has been proposed.     

Asymmetric 1,4-addition of β-keto esters to cyclic enones catalyzed by Ru amido complexes

Well-defined Ru amido complexes effected asymmetric Michael addition of β-keto esters to 2-cyclopenten-1-one to give quantitatively the corresponding Michael adducts with excellent ee although with a 1:1 diastereomer ratio. The stereochemical outcome of the reaction was significantly influenced by the structures of the catalysts and the structures of the β-keto esters; the ee value reaching up to 97%.     

Hydrogenation and hydrogenolysis of furfural and furfuryl alcohol catalyzed by ruthenium(II) bis(diimine) complexes

The catalytic activity of ruthenium(II) bis(diimine) complexes cis‐[Ru(6,6′‐Cl₂bpy)₂(OH₂)₂](Z)₂ ( 1 , Z = CF₃SO₃; 2 , Z = (3,5‐(CF₃)₂C₆H₃)₄B, i.e. BArF) and cis‐[Ru(4,4′‐Cl₂bpy)₂(OH₂)₂](Z)₂ ( 3 , Z = CF₃SO₃; 4 , Z = BArF) for the hydrogenation and/or the hydrogenolysis of furfural (FFR) and furfuryl alcohol (FFA) was investigated. The molecular structures of cis‐[Ru(4,4′‐Cl₂bpy)₂(CH₃CN)₂](CF₃SO₃)₂ ( 3 ′) and dimeric cis‐[(Ru(4,4′‐Cl₂bpy)₂Cl)₂](BArF)₂ ( 5 ) were characterized by X‐ray crystallography. The structures are consistent with the anticipated reduction in steric hindrance about the ruthenium centers in comparison with corresponding complexes containing 6,6′‐Cl₂bpy ligands. While compounds 1 , 2 , 3 , 4 are all active and highly selective catalysts for the hydrogenation of FFR to FFA under modest reaction conditions, 3 and 4 showed decreased activity. This is best explained in terms of reduced Lewis acidity of the Ru²⁺ centers and reduced steric hindrance about the metal centers of catalysts 3 and 4 . cis‐[Ru(6,6′‐Cl₂bpy)₂(OH₂)₂](BArF)₂ ( 2 ) also displayed high catalytic efficiency for the hydrogenation of FFA to tetrahydrofurfuryl alcohol. Presumably, this is because coordination of C═C bonds of FFA to the ruthenium center is poorly inhibited by non‐coordinating BArF counterions. Interestingly, cis‐[Ru(6,6′‐Cl₂bpy)₂(OH₂)₂](CF₃SO₃)₂ ( 1 ) showed some catalytic activity in ethanol for the hydrogenolysis of FFA to 2‐methylfuran, albeit with fairly modest selectivity. Nonetheless, these results indicate that ruthenium(II) bis(diimine) complexes need to be further explored as catalysts for the hydrogenolysis of C―O bonds of FFR, FFA, and related compounds. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Highly Selective Production of Ethylene by the Electroreduction of Carbon Monoxide

Conversion of carbon monoxide to high value‐added ethylene with high selectivity by traditional syngas conversion process is challenging because of the limitation of Anderson‐Schulz–Flory distribution. Herein we report a direct electrocatalytic process for highly selective ethylene production from CO reduction with water over Cu catalysts at room temperature and ambient pressure. An unprecedented 52.7 % Faradaic efficiency of ethylene formation is achieved through optimization of cathode structure to facilitate CO diffusion at the surface of the electrode and Cu catalysts to enhance the C?C bond coupling. The highly selective ethylene production is almost without other carbon‐based byproducts (e.g. C₁–C₄ hydrocarbons and CO₂) and avoids the drawbacks of the traditional Fischer–Tropsch process that always delivers undesired products. This study provides a new and promising strategy for highly selective production of ethylene from the abundant industrial CO.