木质纤维素衍生平台化学品制备液态烷烃的研究进展
发布时间：2021-09-11 12:50
液态烷烃C5+是汽油、柴油、航空燃油等当前社会的运输燃料的主要成分。本文综述了利用木质纤维素衍生平台化学品制备液体燃料的研究进展,着重总结了生物质衍生平台化学品通过碳链增长得到长链含氧化合物,然后经过加氢脱氧（HDO）得到C7+液体烷烃的技术研究进展。木质纤维素衍生平台化学品包括山梨醇、糠醛、5-羟甲基糠醛（HMF）、环戊酮、甲基呋喃、酚类、丙酮、丁醇、乙醇、乙酰丙酸、γ-戊内酯等。其中,糠醛、5-羟甲基糠醛和环戊酮在碱性催化剂作用下能与其他羰基化合物发生羟醛缩合反应实现碳链增长;甲基呋喃、苯类及苯酚类衍生物可以在强酸催化作用下通过烷基化/羟烷基化反应实现碳链增长;丙酮能与乙醇、丁醇发生α-烷基化反应实现碳链增长;乙酰丙酸可以转化为戊酸、丁烯或当归内酯,再分别通过酮基化反应、烯烃齐聚反应和加成反应实现碳链增长。诸多利用生物质衍生物化学品制备长链烷烃的路径中,利用5-羟甲基糠醛和甲基呋喃制备长链烷烃的技术路线存在路径过长、原料不易获取的问题;利用环戊酮和苯酚类物质能够得到高密度长链环烷烃,是一条有竞争力的路线;糠醛和乙酰丙酸易于从生物质中大规模制取,且利用糠醛和乙酰...
【文章来源】：化工进展. 2019,38(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
木质纤维素生物质制取液态烷烃的路径
第7期石宁等：木质纤维素衍生平台化学品制备液态烷烃的研究进展2004年，Huber等[17]在498~538K的温度范围内，将Pt/SiO2-Al2O3双功能催化剂用于催化山梨醇加氢脱氧，得到55%的正己烷和45%的C1~C5烷烃。在此研究基础之上，West等[18]在260℃、5.4MPa氢压的条件下，用Pt/NbOPO4催化山梨醇得到50%的烷烃。Li等[23]用Pt/SiO2–Al2O3研究了催化山梨醇加氢脱氧制备烷烃的机理（图2），并指出在加氢脱氧过程中，山梨醇首先脱水为异山梨醇，然后异山梨醇开环加氢生成1,2,6-己三醇，而1,2,6-己三醇继续加氢脱氧得到正己烷。Chen等[24]在相对较低温度413K、8MPaH2的条件下采用Ir-ReOx/SiO2与HZSM-5共同催化山梨醇和木糖醇加氢脱氧，均得到95%的正己烷和正戊烷，当原料为葡萄糖的纤维二糖时，在反应时间长达72h后，也能够得到超过90%的正己烷。Zhang等[20-21]先后以Ni/HZMS-5或Ni/HZSM-5与MCM-41构成的复合材料为载体，成功地将木糖醇、山梨醇分别转化为C5、C6烷烃产物。在催化山梨醇制备C5/C6烷烃的过程中，催化剂的酸性对产物的分布具有重要的影响。载体酸性越强，则C5/C6烷烃的选择性越高。这可能是由于酸性较强的催化剂能够抑制中间产物的逆羟醛缩合反应，而逆羟醛缩合反应或者脱羧反应的产物则是C1～C4气态烷烃的主要前体[22-23]。Vilcocq等[22]在使用固体催化剂Pt/ZrO2+TiO2-WOx对山梨醇进行水相加氢的反应过程中发现了CO2，因此他们认为脱羧反应是导致山梨醇水相加氢过程中C5烷
萄糖和木糖，而对葡萄糖和木糖进行脱水则分别得到5-羟甲基糠醛和糠醛。因此，糠醛和5-羟甲基糠醛是两种重要的生物质衍生平台化合物。目前，利用生物质制备糠醛的技术已经实现工业化[31]，而利用生物质制备5-羟甲基糠醛的技术还处于基础研究阶段。关于HMF的制备及应用的详细研究进展可以参考相关综述[32-35]，这里仅综述利用这些糠醛类平台化合物制备长链烷烃的研究。2005年，Dumesic等[8]首先报道了以糠醛/5-羟甲基糠醛为平台制备碳链长度为8～15的液态烷烃的方法。如图3所示，他们首先在碱的催化作用下使平台分子5-羟甲基糠醛/糠醛与丙酮进行羟醛缩合反应，得到碳链长度为8～15的长链含氧缩合产物，随后对长链缩合产物进行低温加氢、高温加氢脱氧，就得到C7～C15的液态烷烃。这些烷烃可以直接作为航空煤油或者柴油使用，或者作为航空煤油或柴油的添加组分。在他们的研究中，羟醛缩合反应采用可溶性无机碱如氢氧化钾、氢氧化钠或固体碱MgO-Al2O3作为催化剂；对长链含氧缩合物的低温加氢使用Pt/Al2O3作为催化剂，而高温加氢脱氧反应则使用Pt/Al2O3-SiO2作为催化剂[8,36]。在此研究基础上，Xing等[37]尝试了利用4步过程从木糖得到C12～C13烷烃。他们首先在酸性的双相体系中催化木糖脱水得到87%的糠醛，然后让糠醛与丙酮在氢氧化钠催化下于室温下发生羟醛缩合得到96%的C13缩合产物F-Ac-F，然后在110～130℃、5.5MPa氢气的条件下用5%Ru/C对F-Ac-F催化低温加氢，最后在260℃、6.2MPa下用4%Pt/SiO2–Al2O3对低温加氢产物进行高?
【参考文献】：
期刊论文
[1]由生物质合成高密度喷气燃料[J]. 谢嘉维,张香文,谢君健,聂根阔,潘伦,邹吉军. 化学进展. 2018(09)
[2]金属氧化物催化生物质衍生羧酸酮基化研究进展[J]. 丁爽,葛庆峰,祝新利. 化学学报. 2017(05)
[3]纤维素催化转化制备C5/C6烷烃燃料的反应与催化体系的研究进展[J]. 陈伦刚,刘勇,张兴华,张琦,王铁军,马隆龙. 林产化学与工业. 2017(02)
[4]生物质基含氧化合物化学催化法制备长链烷烃的研究进展[J]. 闫少康,孙绍晖,马春松,孙培勤,陈俊武. 化工进展. 2016(05)
[5]一步催化转化纤维素制备化学品的研究进展[J]. 石宁,刘琪英,王铁军,张琦,廖玉河,马隆龙,蔡炽柳. 新能源进展. 2014(04)
本文编号：3393032
【文章来源】：化工进展. 2019,38(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
木质纤维素生物质制取液态烷烃的路径
第7期石宁等：木质纤维素衍生平台化学品制备液态烷烃的研究进展2004年，Huber等[17]在498~538K的温度范围内，将Pt/SiO2-Al2O3双功能催化剂用于催化山梨醇加氢脱氧，得到55%的正己烷和45%的C1~C5烷烃。在此研究基础之上，West等[18]在260℃、5.4MPa氢压的条件下，用Pt/NbOPO4催化山梨醇得到50%的烷烃。Li等[23]用Pt/SiO2–Al2O3研究了催化山梨醇加氢脱氧制备烷烃的机理（图2），并指出在加氢脱氧过程中，山梨醇首先脱水为异山梨醇，然后异山梨醇开环加氢生成1,2,6-己三醇，而1,2,6-己三醇继续加氢脱氧得到正己烷。Chen等[24]在相对较低温度413K、8MPaH2的条件下采用Ir-ReOx/SiO2与HZSM-5共同催化山梨醇和木糖醇加氢脱氧，均得到95%的正己烷和正戊烷，当原料为葡萄糖的纤维二糖时，在反应时间长达72h后，也能够得到超过90%的正己烷。Zhang等[20-21]先后以Ni/HZMS-5或Ni/HZSM-5与MCM-41构成的复合材料为载体，成功地将木糖醇、山梨醇分别转化为C5、C6烷烃产物。在催化山梨醇制备C5/C6烷烃的过程中，催化剂的酸性对产物的分布具有重要的影响。载体酸性越强，则C5/C6烷烃的选择性越高。这可能是由于酸性较强的催化剂能够抑制中间产物的逆羟醛缩合反应，而逆羟醛缩合反应或者脱羧反应的产物则是C1～C4气态烷烃的主要前体[22-23]。Vilcocq等[22]在使用固体催化剂Pt/ZrO2+TiO2-WOx对山梨醇进行水相加氢的反应过程中发现了CO2，因此他们认为脱羧反应是导致山梨醇水相加氢过程中C5烷
萄糖和木糖，而对葡萄糖和木糖进行脱水则分别得到5-羟甲基糠醛和糠醛。因此，糠醛和5-羟甲基糠醛是两种重要的生物质衍生平台化合物。目前，利用生物质制备糠醛的技术已经实现工业化[31]，而利用生物质制备5-羟甲基糠醛的技术还处于基础研究阶段。关于HMF的制备及应用的详细研究进展可以参考相关综述[32-35]，这里仅综述利用这些糠醛类平台化合物制备长链烷烃的研究。2005年，Dumesic等[8]首先报道了以糠醛/5-羟甲基糠醛为平台制备碳链长度为8～15的液态烷烃的方法。如图3所示，他们首先在碱的催化作用下使平台分子5-羟甲基糠醛/糠醛与丙酮进行羟醛缩合反应，得到碳链长度为8～15的长链含氧缩合产物，随后对长链缩合产物进行低温加氢、高温加氢脱氧，就得到C7～C15的液态烷烃。这些烷烃可以直接作为航空煤油或者柴油使用，或者作为航空煤油或柴油的添加组分。在他们的研究中，羟醛缩合反应采用可溶性无机碱如氢氧化钾、氢氧化钠或固体碱MgO-Al2O3作为催化剂；对长链含氧缩合物的低温加氢使用Pt/Al2O3作为催化剂，而高温加氢脱氧反应则使用Pt/Al2O3-SiO2作为催化剂[8,36]。在此研究基础上，Xing等[37]尝试了利用4步过程从木糖得到C12～C13烷烃。他们首先在酸性的双相体系中催化木糖脱水得到87%的糠醛，然后让糠醛与丙酮在氢氧化钠催化下于室温下发生羟醛缩合得到96%的C13缩合产物F-Ac-F，然后在110～130℃、5.5MPa氢气的条件下用5%Ru/C对F-Ac-F催化低温加氢，最后在260℃、6.2MPa下用4%Pt/SiO2–Al2O3对低温加氢产物进行高?
【参考文献】：
期刊论文
[1]由生物质合成高密度喷气燃料[J]. 谢嘉维,张香文,谢君健,聂根阔,潘伦,邹吉军. 化学进展. 2018(09)
[2]金属氧化物催化生物质衍生羧酸酮基化研究进展[J]. 丁爽,葛庆峰,祝新利. 化学学报. 2017(05)
[3]纤维素催化转化制备C5/C6烷烃燃料的反应与催化体系的研究进展[J]. 陈伦刚,刘勇,张兴华,张琦,王铁军,马隆龙. 林产化学与工业. 2017(02)
[4]生物质基含氧化合物化学催化法制备长链烷烃的研究进展[J]. 闫少康,孙绍晖,马春松,孙培勤,陈俊武. 化工进展. 2016(05)
[5]一步催化转化纤维素制备化学品的研究进展[J]. 石宁,刘琪英,王铁军,张琦,廖玉河,马隆龙,蔡炽柳. 新能源进展. 2014(04)
本文编号：3393032
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