留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2021年  第49卷  第12期

显示方式:
2021-12-序言
2021, 49(12): 1-2.
摘要(114) HTML (83) PDF 449KB(37)
摘要:
2021-12 目录
2021, 49(12): 1-10.
摘要:
摘要:
纤维素的热解技术是一种非常有应用前景的高值转化技术。本综述系统地介绍了纤维素的基础特性,深入讨论了纤维素热解机制、研究方法、催化剂类型及其他影响纤维素热解产物分布的因素。其中,不同类型催化剂的添加和反应装置结构的设计优化可以显著提高纤维素热解转化效率,改善产物种类分布和提高特定高值化学品的选择性,从而有效地提高纤维素热解产物的资源、能源化利用价值。最后,对纤维素热解未来技术研究的发展方向进行了展望。
摘要:
近年来,利用生物质基平台化合物转化制备各种燃料及高值化学品引起研究人员的广泛关注。5-羟甲基糠醛(HMF)和糠醛(FFR)作为一类重要的生物质衍生平台化合物,分子结构中醛基和呋喃环等官能团赋予其独特的化学性质。本综述针对HMF和FFR在氢气、低碳醇、甲酸和硅烷等不同氢源中的催化加氢反应研究现状进行了阐述,对加氢转化过程中的主要影响因素如催化剂类型和反应条件以及反应机理等进行了详细分析,同时对HMF/FFR加氢转化应用研究前景进行了展望。
摘要:
随着生物柴油产业的蓬勃发展,其主要副产物甘油的资源化利用已亟不可待。其中,将甘油与丙酮缩合生成丙酮缩甘油(2, 2-二甲基-1, 3-二氧戊环-4-甲醇,Solketal)是极具前景的研究方向,因为Solketal作为燃料添加剂不仅能显著增强燃油的黏度和低温性能,还能显著地减少一氧化碳、固体小颗粒及其他环境不友好物质的排放。该反应需依赖于催化剂中酸性位点的催化作用,所以酸催化剂的结构形态、酸量及相关理化性质的设计及完善是制约甘油缩酮化反应工业化进程的关键。因此,本研究结合近年来相关文献,系统综述了在该反应中均相、非均相酸催化剂在该领域中的研究进展及相关反应机理讨论。笔者从结构形态角度进行分类,介绍了不同类型酸催化剂的优势及特色,并在其结构性质对催化活性的影响上进行了重点阐述。对该领域中催化剂未来研究方向进行了展望。
摘要:
“碳达峰、碳中和”目标的提出,为中国能源结构转型提供了动力引擎。发展生物质基高密度燃料,既可以为传统石油基高密度燃料提供可再生的替代品,又符合中国可持续发展以及能源结构转型的要求。本文综述了RJ-4、JP-10等典型石油基高密度燃料的性质和用途,总结了由萜类以及木质纤维素平台化合物合成RJ-4、JP-10以及其他多环燃料的路线方法,展示了生物质转化制备高密度燃料的良好可行性,讨论了目前生物质基高密度燃料研究面临的瓶颈以及发展方向。
摘要:
本研究考察了不同 ChCl/羧酸、氢键供受体比例,处理温度和时间对杨木木质素脱除效果的影响;并采用XRD、FT-IR、GPC、HSQC表征手段对固体残渣和提取木质素进行结构表征,研究木质纤维素三组分的结构演变规律。结果表明,低温下(90 ℃),ChCl/FA木质素脱除率高于90%,木质素提取率和纯度高达63%和90%。纤维素保留率 > 98%,纤维素晶型不变(Iβ型),固体残渣结晶度高达70%。提取木质素平均相对分子质量为1400,β−O−4保留率高达71%,占所有连接键的84.8%,是制备单酚的理想原料。
摘要:
本研究以高挥发分的蓝藻成型颗粒为对象,采用赤泥作为载氧体,开展蓝藻化学链热解和气化特性研究,考察赤泥载氧体对热解和气化行为的影响规律。基于流化床反应器,研究了不同温度(750–900 ℃)和不同比氧耗(0.1–0.7)下蓝藻成型颗粒化学链热解和气化过程中合成气组分分布、碳转化率和速率、有效合成气组分和合成气中H2/CO的分布规律。研究结果表明,载氧体对蓝藻成型颗粒热解气化过程具有显著的促进作用;载氧体提高了成型蓝藻挥发分释放导致的压力梯度,使得挥发分有相对发达的孔道逐步释放;化学链气化合成气中H2体积分数最高,其值在45%以上,其次分别是CO2、CH4和CO;反应温度和比氧耗的升高能够提升碳转化率;当反应温度由750 ℃升高到950 ℃时,合成气中H2/CO的值由7.26下降为4.83; H2/CO随比氧耗的增加呈现先升高后降低的趋势,在比氧耗为0.5时,H2/CO的峰值为5.6。
摘要:
本研究通过模拟富氧燃烧烟气气氛探究了有氧烘焙过程中氧气和烘焙温度对稻秆理化特性的影响。结果表明,与氧气相比,温度对有氧烘焙的影响更加显著。在低温段(< 250 ℃),氧气对烘焙稻秆的质量和能量收率影响较小,但在高温段(> 250 ℃)作用明显。随着温度的上升(> 250 ℃),烘焙稻秆的质量和能量收率大幅下降。烘焙温度为250 ℃,氧气体积分数为6%是比较合适的有氧烘焙工况,此时烘焙稻秆的质量和能量收率能分别保持在70%和80%以上。提高温度主要增强了烘焙反应,氧化反应在氧气体积分数超过6%时作用明显。氯、钾的留存率随着温度和氧气的升高均表现出下降的趋势,但温度的影响更加显著。
摘要:
本研究结合快速热解实验和密度泛函理论(DFT)计算,深入探究了山梨醇快速热解主要产物的生成机理与竞争关系。结果表明,山梨醇快速热解产物主要包括:小分子产物羟基乙醛(HAA)、羟基丙酮(HA)等,呋喃类产物糠醛(FF)、1-(2-呋喃基)-乙酮(2-FE)等和脱水糖产物异山梨醇(IS)。小分子产物HA和HAA生成路径的反应能垒较低,因此, 产率最高,且HA生成过程中伴随着HAA的生成。呋喃类产物2-FE和FF生成能垒相对较高,其能量最优路径与小分子产物生成路径具有相同中间体,但竞争性较弱,因而产率低于小分子产物。脱水糖产物IS生成路径较为简单,不与其他产物共享相同中间体,但反应能垒很高,导致产率很低。本研究为山梨醇选择性热解的机理研究和技术开发奠定了一定的理论基础。
摘要:
选用疏水性离子液体[Bmim][NTf2]作为萃取剂,对生物油水相馏分中的乙酸、苯酚、愈创木酚、4-甲基愈创木酚进行萃取分离研究,探究萃取时间、萃取剂添加量对萃取率的影响,并借助密度泛函理论(DFT)计算,阐明[Bmim][NTf2]与酚类化合物间的相互作用机理。研究结果表明,在最佳萃取条件(mIL/mW = 0.4、萃取时间 = 5 min)下,[Bmim][NTf2]对水相馏分中乙酸、苯酚、愈创木酚、4-甲基愈创木酚的萃取率分别为2.71%、95.41%、92.04%、97.98%,表明[Bmim][NTf2]对水相馏分中的酚类化合物有较好的选择性与较高的萃取率;而DFT计算结果显示,[Bmim][NTf2]与酚类物质间较强的氢键吸引作用以及较弱的范德华作用力在萃取脱酚中起着重要作用。通过碱洗处理即可将[Bmim][NTf2]中的酚类化合物有效除去,实现[Bmim][NTf2]的回收与再次高效萃取。
摘要:
Deposition or slagging problem caused by the alkali metal species is one of the major obstacles to utilize biomass fuel in combustion and gasification plant. The paper mainly studies the effect of water leaching on alkali-induced slagging properties of corn straw and rice straw. The original mineral form of alkali elements in biomass straw was studied with comparison of low temperature ash of biomass before and after water leaching. The release and transformation of alkali compounds in biomass straw at different temperatures during heating were analyzed with combination of the XRD result of the heated biomass and the chemical composition of the digested samples. The result shows that the potassium in corn and rice straw mainly exists in the form of KNO3, KClO4, K2SO4 and KAlSi3O8, in which KNO3, K2SO4 and KClO4 is mostly removed in water leaching. The fusion temperatures increased after water leaching, especially for rice straw ash, which is a typical sample that the basic compounds are mainly potassium-containing compounds. The decrease of potassium content with temperature in the original corn and rice was because the potassium-containing minerals decomposed and escaped at 25−1000 °C. The release of potassium in the range of 400−800 °C significantly reduced for corn and rice straw after water leaching, but the potassium content will still decrease above 800 °C. The decrease of magnesium content in corn with increasing temperature may be due to the volatilization of magnesium oxide under the action of carbon reduction. For fuels with high alkali metal content after water leaching, the residual alkali metal will still escape and cause deposition or slagging in the furnace, especially in the temperature range above 800 °C.
摘要:
采用Ru/HZSM-5在线催化提质生物油,通过综合品质指数(TQI),分析生物油产率和理化特性变化,并对生物油化学组成及催化剂结焦情况进行分析。结果表明,使用新鲜催化剂所得生物油产率和理化特性均较高,TQI从0.15升至6.45;随着使用次数的增加,TQI先小幅升高至6.68,而后快速下降至1.25,第4次使用后TQI仅为0.27。初期少量结焦反应使强酸位点部分钝化,提升了芳构化性能,当催化剂使用2次时,生物油中烃类相对含量达53.79%,其中,轻质脂肪烃相对含量为16.87%,单环芳香烃相对含量为32.65%;当使用4次时,烃类相对含量仅为9.32%,催化层丧失提质作用,并对热解气产生2次裂解或聚合等不利影响。前2次使用,催化剂焦炭主要是附着在表面的低温热解焦炭;当使用3次时,低温热解焦炭和高温催化焦炭均显著增多,催化剂活性急剧下降;继续使用使焦炭小幅增加,且以热解焦炭增加为主。
摘要:
为了减少油中氮氧化合物,提高微藻生物油品质,本研究在固定床上开展了微拟球藻(NS)和聚乙烯塑料(LDPE)的混合热解/催化特性,探讨了O和N在热解气、液、固相的分布,并以此探讨了微藻与LDPE之间的交互作用以及催化剂的加入对混合热解的影响。研究发现,混合热解能有效抑制O和N向油中转移,促进微藻中O转变为H2O,N向气体产物转移。此外塑料添加明显减少了油中羧酸、酰胺和含氮杂环等含氧/氮化合物,提高了脂肪烃含量,同时有效促进碳氢气体的形成,并对CO和H2也有一定的协同作用,特别是在25%LDPE时协同效应最强。同时ZSM-5能促进碳氢气体形成,提高气体产物的热值(35.6 MJ/m3),并进一步减少油中含氮化合物,促进N向气体转移,O向气体和H2O中转移,从而使油中O、N含量明显降低;此外混合催化热解能在一定程度上抑制芳烃的形成,提高脂肪烃选择性。
摘要:
本研究针对生物质糠醇的结构特点,以水相加氢性能优异的Ru催化剂为切入口,通过在催化剂制备工艺和活化条件、反应条件等方面的调控,探索生物质糠醇的直接氢解联产四氢糠醇和1,2-戊二醇的高效催化体系。研究发现,以碱性金属氧化物为载体制备Ru基催化剂可以提高产物中1,2-戊二醇的收率和选择性,其中,Ru/MnO2在最佳反应条件下最高可以得到四氢糠醇(53%)和1,2-戊二醇(32%)总收率85%。实验结合了N2 吸附-脱附、XRD、XPS等表征手段对反应前后催化剂进行分析,并发现反应中催化剂表面会产生碱性基团与活性金属产生协同催化促进反应进行。
摘要:
β−O−4醚键是木质素结构中含量最丰富的单元间连接键型,研究高效断裂β−O−4的催化体系对木质素解聚制备单酚具有重要意义。本研究以β−O−4型二聚体模型化合物为原料,结合GC-MS、GC-FID、HSQC NMR表征手段,考察炭负载金属催化剂、反应温度、时间、氢气初始压力等因素对二聚体β−O−4键的断键活性以及单体收率的影响。结果表明,NaOH与炭负载金属催化剂存在协同作用,可以增强β−O−4断键活性。其中,NaOH与Pd/C协同效果最佳,二聚体解聚单体产物从44.1%提高至83.4%。机理研究表明,NaOH协同Pd/C能有效抑制二聚体发生Cα羟基的脱除,显著提升二聚体β−O−4的断键选择性,从而提高了单体产物的收率。NaOH协同Pd/C催化体系对其他醚键(α−O−4)同样存在优异的断键能力。因此,在所做实验的最佳条件下,NaOH协同Pd/C催化体系能高效解聚碱木质素制备单酚化合物,单体产物收率高达37.5%,苯甲醇类选择性高达48.8%。
摘要:
果皮作为水果加工业的典型含碳固废,其高效回收和资源化利用对开发可再生液体燃料和提升水果加工业经济效益均具有重要意义。柠檬皮含有的柠檬酸被证明是一种可有效促进生物质及其衍生物水热转化制取高附加值呋喃产物的弱酸。因此,本研究利用柠檬皮经硫酸催化水解制取乙酰丙酸(LA)和糠醛(FF)等重要液体燃料前驱物,并探究常见金属盐对硫酸催化柠檬皮水解过程的促进作用。研究发现,柠檬皮本身含有的柠檬酸对水解过程有一定促进作用,联合硫酸催化,可在170 ℃/90 min的温和水解工况下获得产率为22.6%的LA。KCl的加入能够有效抑制柠檬皮水解过程的副反应,并提升硫酸与柠檬皮的相互作用。相比于AlCl3和FeCl3,KCl的促进作用更为明显,可将LA产率提升至27.9%。葡萄糖和FF的制取工况相对LA更为温和,温度升高、反应时间延长以及酸性提升都会导致葡萄糖和FF的产率明显下降。
摘要:
以固体酸为催化剂、二烷氧基甲烷/低碳醇为复合溶剂,考察竹材中纤维素和半纤维素定向醇解的过程。通过调控反应条件(复合溶剂的组成和配比、固体酸催化剂的种类和用量、反应温度和时间),获得最佳反应条件(复合溶剂二甲氧基甲烷/甲醇质量比为5 g∶15 g,硅钨酸的用量为0.002 mol,120 min,200 ℃)下,竹材的转化率为81.53%,乙酰丙酸甲酯的得率为28.39%。同时,研究多种生物质模型化合物(葡萄糖、木糖、5-羟甲基糠醛、糠醛、戊聚糖和微晶纤维素)的转化过程,结合反应过程中间产物的检测结果,推断竹材中半纤维素、纤维素“一步法”定向醇解制备乙酰丙酸酯的过程。
摘要:
本研究采用bottom-up法,制备了具有加氢和异构活性的碳包裹金属催化剂Co@NC,用于催化木糖氢解制备1,2-二元醇。结合XRD、TEM、XPS等表征手段对比了不同焙烧温度制备的Co@NC催化剂的物理和化学性质。研究发现,600 ℃焙烧的Co@NC催化剂具有最高的二元醇的总收率 (70.1%),其中,乙二醇、1,2-丙二醇和1,2-戊二醇的收率分别达到17.6%、25.1%和27.4%。机理研究表明,N的掺杂为Co@NC提供了碱性位点,在碱的催化作用下促进木糖向木酮糖的异构,再通过Retro-aldol反应得到乙醇醛和丙酮醇中间产物,最后经加氢得到乙二醇和1,2-丙二醇。1,2-戊二醇来源于木糖的加氢脱氧,其产率高于文献报道的最佳结果。本研究工作发展的水热稳定性优异的Co@NC催化剂为生物质高效制备1,2-二元醇提供了新的研究思路。
摘要:
Catalytic cracking of triglycerides and their derivatives (e.g., fatty acid methyl esters, FAMEs) by HZSM-5 zeolite offers a promising route to produce renewable aromatics and olefins, but it is primarily hindered by the rapid catalyst deactivation caused by coke. In this work, the co-cracking of FAMEs and methanol over HZSM-5/Al2O3 composites was developed to regulate the product distribution and slower the catalyst deactivation. Co-feeding methanol with FAMEs enhanced the olefin selectivity at the expense of aromatics, and the total selectivities of aromatics and olefins added up to 70.9% with an optimized methanol content of 60%. The co-feeding of methanol not only promoted the olefin yield but also retarded the consecutive H-elimination of aromatics to polycyclic aromatics, thus reducing the coke formation and prolonging the catalyst lifespan. Under the conditions of 450 °C, 0.16 MPa and a space velocity of FAMEs at 4 h−1, increasing the methanol blending ratio in FAMEs from zero to 50% reduced coke from 17.8% to 10.1% after reaction for 12 h. Besides, the spent catalyst for the co-cracking reaction could be easily regenerated by coke combustion, yielding similar structure, acidity and activity to those of the fresh one.
摘要:
Catalytic lignin depolymerization (CCLD) for liquid fuels and phenolic monomers was investigated over various supports including clays (e.g., sepiolite (SEP), attapulgite (ATP), and montmorillonite (MTM)), and oxides (e.g., Al2O3 and SiO2) as well as their supported Mo-based catalysts under supercritical ethanol. The characterization results demonstrated that different supports with diverse structural properties could affect the textural structures, surface Mo5+ content, and acid sites distribution. Clay-based supports had more strong acid sites as compared with Al2O3 and SiO2, which went against the production of lignin oil (LO) and led to form more solid products during CLD experiments. Meanwhile, the obtained petroleum ether-soluble product (PEsp) in LO catalyzed by sole supports was mainly alkyl/alkoxy substituted phenols. Additionally, Mo species (especially Mo5+) significantly increased the yields of LO and PEsp. Mo/SiO2 had the highest surface Mo5+ species, showing the highest LO yield of 85.2%, in which the produced alkyl/alkoxy substituted phenols reached 450.3 mg/glignin. Among the clay-supported Mo catalysts, Mo/SEP presented superior LO (82.3%) and PEsp (70.8%) yields and the generated substituted phenols reached 398.8 mg/glignin. This paper systematically reported the application of green and environmentally friendly clay-based materials in lignin conversion, which provides some key information for the development of clay catalysts for biomass conversion.
摘要:
生物质燃料在锅炉中经过热解和燃烧后,飞灰中含有孔隙丰富的未燃尽炭。但其孔隙率和比表面积无法满足商用超级电容炭的要求,改善材料孔隙结构的活化方法成为未燃尽炭提质改性的关键。本研究通过对筛分粒径 > 0.2 mm的未燃尽炭进行KOH一步活化处理后发现,在浸渍比3.5∶1时活性炭拥有较大的比表面积(1982 m2/g),且在电流密度1 A/g时比电容可达207 F/g。以上结果表明,未燃尽炭基活性炭制备的电极双电层超级电容性能优良,而为生物质飞灰的高附加值利用提供了参考。