DOI: 10.1016/S1872-2067(24)60186-5
近日，《催化學(xué)報(bào)》在線發(fā)表了南京林業(yè)大學(xué)陳祖鵬教授團(tuán)隊(duì)在生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的最新研究成果。該工作報(bào)道了以木質(zhì)生物質(zhì)為原料，利用甲醛穩(wěn)定劑和木質(zhì)素中甲氧基官能團(tuán)，串聯(lián)多步催化轉(zhuǎn)化過程，定向制備高碳數(shù)芳烴航空燃油的反應(yīng)策略。論文第一作者為：董琳，論文通訊作者為：盛時(shí)雄，王艷芹，陳祖鵬。 高碳數(shù)芳烴是一類重要的航空煤油組分，具有較高的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)，較低的揮發(fā)性，可以顯著提高油品的質(zhì)量。傳統(tǒng)的高碳數(shù)芳烴來自于不可再生的化石能源，常常伴隨著溫室氣體排放和環(huán)境污染。從可再生的生物質(zhì)資源出發(fā)，催化轉(zhuǎn)化制備高碳數(shù)芳烴是一條清潔綠色的工藝路線。木質(zhì)素作為生物質(zhì)的三大組分之一，是由芳香族化合物通過碳-氧和碳-碳鍵連接而成的高聚物，可以作為生產(chǎn)高碳芳烴的潛在資源。因此，本文利用甲醛穩(wěn)定劑和木質(zhì)素中的甲氧基，提出了一條從木質(zhì)素選擇性制備高碳數(shù)芳烴航空燃油的高效合成方法。 1. 通過利用甲醛穩(wěn)定劑和木質(zhì)素中的甲氧基官能團(tuán)，選擇性的合成高碳數(shù)的芳烴化學(xué)品。 圖1. 不同反應(yīng)條件下，樺木經(jīng)過分離和解聚制備木質(zhì)素單體的產(chǎn)物分布。 要點(diǎn)： 醛類穩(wěn)定劑的加入，有助于避免木質(zhì)素分離過程中新的碳碳鍵的生成，顯著提高木質(zhì)素單體的質(zhì)量收率。與其他醛類相比，甲醛穩(wěn)定劑在促進(jìn)木質(zhì)素分離的同時(shí)，可以通過烷基化反應(yīng)，增加木質(zhì)素單體的碳數(shù)。此外，5%Ni/C催化劑展現(xiàn)出優(yōu)異的木質(zhì)素解聚效率，同時(shí)可以高效氫解苯丙醇的羥基，提高產(chǎn)物的選擇性。 圖2. 不同種類的木質(zhì)纖維素為底物，木質(zhì)素分離與高效解聚的產(chǎn)物分布。 要點(diǎn)： 以甲醛作為穩(wěn)定劑和5%Ni/C作為催化劑的反應(yīng)體系，適用于各種硬木、軟木和草本植物的木質(zhì)素分離和高效解聚。 圖3. 利用自身的甲氧基官能團(tuán)，木質(zhì)素單體定向催化轉(zhuǎn)化制備烷基化產(chǎn)物。 要點(diǎn)： 以木質(zhì)素解聚產(chǎn)物中的丙基愈創(chuàng)木酚為底物，利用甲氧基官能團(tuán)的烷基轉(zhuǎn)移，合成烷基化產(chǎn)物。研究表明：以Au/Nb2O5為催化劑，二氧六環(huán)為溶劑，可以達(dá)到最佳的反應(yīng)效果，烷基化產(chǎn)物總和最高可達(dá)66.9%。 圖4. 多種木質(zhì)素解聚單體的烷基化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 要點(diǎn)： Au/Nb2O5催化體系，在多種木質(zhì)素單體的烷基化反應(yīng)中，均表現(xiàn)中優(yōu)異的催化性能。 圖5. 烷基化產(chǎn)物選擇性加氫脫氧制備芳烴的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 要點(diǎn)： 探究了多種金屬負(fù)載型催化劑在烷基化產(chǎn)物選擇性加氫脫氧反應(yīng)中的催化性能，結(jié)果表明，Ru/Nb2O5催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的反應(yīng)活性和對(duì)芳烴的選擇性，有效避免了環(huán)加氫副反應(yīng)的發(fā)生。 圖6. 木質(zhì)纖維素為原料定向催化轉(zhuǎn)化制備高碳芳烴的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 要點(diǎn)： 1.以木質(zhì)生物質(zhì)為原料，串聯(lián)多步催化轉(zhuǎn)化過程，定向制備高碳數(shù)芳烴的反應(yīng)策略。芳烴的碳數(shù)增長來自于甲醛穩(wěn)定劑和木質(zhì)素本身的甲氧基，實(shí)現(xiàn)了較高的原子利用率和質(zhì)量收率。 2.實(shí)驗(yàn)表明，甲醛穩(wěn)定劑不僅可以提高產(chǎn)品收率，而且可以發(fā)生烷基化反應(yīng)提高產(chǎn)物的碳數(shù)，是本文反應(yīng)路線中最優(yōu)的穩(wěn)定劑；在木質(zhì)素的還原解聚反應(yīng)中，采用Ni/C為催化劑，可以實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素單體之間碳-氧鍵以及單體中脂肪醇的高效氫解；Au/Nb2O5催化劑和二氧六環(huán)溶劑的組合，具有最佳的甲氧基官能團(tuán)的轉(zhuǎn)甲基催化性能；Ru/Nb2O5表現(xiàn)出最佳的加氫脫氧催化活性和芳烴選擇性，歸因于釕恰當(dāng)?shù)募託浠钚砸约扳壔呋瘎?duì)酚類化合物的選擇性吸附。
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