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大連化物所實現溫和條件下生物質脂肪酸到長鏈烷烴的高效轉化

2020-02-20 大連化學物理研究所
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  近日,中國科學院大連化學物理研究所生物能源化學品研究組(DNL603)研究員王峰團隊利用光催化脫羧策略,通過調控自由基中間物在催化劑表面的轉化,實現了溫和條件下長鏈脂肪酸到烷烴的高效轉化,為生物質高效轉化為綠色燃料提供了新思路。

  生物油脂精煉和造紙工業生產過程中,會副產大量低值、可再生的長鏈脂肪酸。脂肪酸經過催化脫氧過程可得到長鏈烷烴,最終用于制備柴油和航空煤油。目前絕大部分的催化體系需要高溫(≥200 °C)、高壓(≥2 MPa)的苛刻條件以及較高的氫氣消耗。此外,在有強氧化劑存在的條件下,脂肪酸可在較為溫和的條件下發生氧化脫羧過程,但反應過程產生的活潑自由基會發生副反應,使得烷烴產物的選擇性相對較低(≤50%)。因此,亟需發展一種能夠在溫和條件下高選擇性地從生物質脂肪酸制備長鏈烷烴的方法。

  該團隊采用光催化氧化脫羧的路徑,利用金屬與氫氣的相互作用,在催化劑表面構建富氫環境,調控脂肪酸脫羧產生的烷基自由基的轉化,促進其生成烷烴產物,抑制自由基偶聯寡聚等副反應的發生。在室溫、低氫壓(≤0.2 MPa)以及紫外光照射下,實現了生物質脂肪酸到長鏈烷烴的高效轉化,收率大于90%,其轉化速率與傳統高溫、高壓的催化過程的轉化速率相當。該方法可用于原生工業脂肪酸(大豆油脂肪酸和妥爾油脂肪酸)到長鏈烷烴的高效轉化。此外,還利用過程模擬和生命周期評價的方法,綜合考察了該過程的工業應用前景,通過模型證明了該過程技術可行,并指出了大規模發展該過程的瓶頸及建議。

  相關成果發表在《自然-催化》(Nature Catalysis)上。該工作得到國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項(B)“能源化學轉化的本質與調控”的資助。

大連化物所實現溫和條件下生物質脂肪酸到長鏈烷烴的高效轉化

打印 責任編輯:葉瑞優

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