木质素醇热解聚-临氢脱氧制备芳烃燃料的基础研究

To convert lignin to high-quality liquid fuels, a new method for production of arenes via catalytic depolymerization of lignin-hydrodeoxygenation(HDO) of phenolics was proposed. The ball milled lignin was depolymerized with metal chloride in alcohol solvent, obtaining the volatile phenolic compounds. Then, the O atom was removed through hydrodeoxygenation of lignin-derived phenolic compounds using MoO3 with oxygen vacancy as catalyst. Thereby, the high-octane value arenes with carbon atom number of C6-C10 were obtained. .To provide a theoretical base and technical guidance for production of arene from lignin via catalytic depolymerization- HDO, these objects should be completed in this project, they are:.(1).to study the effects of ball milling technology on the properties of lignin;.(2).to optimize the parameters for the depolymerization of lignin, obtaining the volatile phenolic compounds, and reveal the mechanism for the catalytic depolymerization of lignin..(3) to characterise the structure properties of MoO3..(4)to optimize the parameters for the HDO of phenolic compounds and reveal the catalytic mechanism for formation of arene from phenolic compounds via HDO over MoO3..(5) to charify the mechanism for the formation of deposit carbons on the catalyst surface..(6)to establish the thermodynamics equation and kinetics equation for the process of phenolics catalytic hydrodeoxygenation.

为将木质素转化为高品质的液体燃料，针对木质素的结构特性，提出了木质素催化醇热解聚－－酚类化合物临氢脱氧两步制备芳烃化合物的新方法。在醇溶剂中以金属氯化物为催化剂对球磨木质素原料开展解聚探索实验，制备小分子酚类化合物；利用MoO3材料中具有氧缺陷位(oxygen vacancy)的特性，在氢气气氛中催化木质素解聚酚类化合物中氧元素的脱除，从而获得碳原子数在C6-C10之间的高辛烷值芳烃产品。研究球磨工艺对木质素原料结构影响；揭示木质素催化解聚过程中的结构演变规律与主要醚键的催化解离机理，优化解聚工艺参数获取高收率的小分子酚类化合物。研究MoO3的结构特性及其催化酚类化合物选择性加氢脱氧转化为芳烃的过程机制，优化工艺参数，分析木质素解聚酚类化合物加氢脱氧反应过程的热力学特性与动力学特性，阐明MoO3催化剂表面积碳形成规律。为木质素高效解聚、催化加氢脱氧制备芳烃产品提供基础供理论依据。

木质素的高效能源化利用一直是生物质能行业发展的瓶颈。常规的木质素热化学转化技术不仅液体产物收率低，产物的热值、酸度、黏度及稳定性等理化特性指标也非常差，难以直接利用。为将木质素转化为高品质的液体燃料，针对木质素的结构特性，本项目提出了木质素催化醇热解聚制备单环酚类物质、酚类物质再进行脱氧制备烃类燃料的技术方法，获得了高质量的燃料油产品。本项目执行期间，具体开展的研究工作主要包括：（1）以提高木质素解聚效率与单环酚类化合物的收率，开展了球磨预处理工艺对木质素醇热解聚影响的研究，建立了Zn/ZnCl2催化的醇热解聚新体系，优化工况下酚类化合物收率接近40%；（2）研制了Ni/α-Al2O3、Ru/α-Al2O3加氢脱氧催化剂，探索了惰性材料负载活性金属的新型催化剂在酚类化合物加氢脱氧过程中的作用机制，实现了热解木质素到环烷烃组分的高效转化，获得的烃类产物收率可以达到23.15%；（3）研制了廉价高效的铁基催化剂材料，并探索了铁基催化剂作用下酚类模型化合物的加氢脱氧转化特性；（4）开发了MoO3为催化剂高收率地获得了芳烃化学品的工艺技术，阐明了氧空穴位在临氢脱氧转化过程中的作用机理，在此基础上探索了热解木质素临氢裂化制备芳烃的转化特性，实现了热解木质素到芳烃化学品的有效转化；（5）建立了木质素到烃类（芳烃与环烷烃）燃料的转化工艺流程，研制了以高压反应釜与固定床反应器为核心的小试试验装置系统，优化工况下小试装置稳定运行了90h，芳烃产品的碳摩尔收率达到48%，转化工艺的能量效率达23%。. 项目执行期间共发表研究论文10篇（第一标注8篇，第二标注2篇），其中SCI论文7篇，EI论文3篇。申请发明专利4件，其中已获授权专利1件。获广东省自然科学奖一等奖1项。全面完成了项目任务书中规定的研究内容与目标。