改性SnO2中空纤维催化裂解木本植物油制备富烃基燃料油

The preparation of hydrocarbon- rich fuel using woody plants oil by pyrolysis is the development trend of bioenergy industry in the future. The development of the high performance solid acid catalyst is the most important link in pyrolysis reaction. In this project, the precursor gel fibers will be prepared via the organic gel-thermal decomposition process and coaxial electrostatic spinning technology using citric acid, Sn salts and other high state metal salt. Subsequently, these precursor gel fibers will be heat and acidification treated to obtain promoted SnO2 hollow nano-fiber catalyst. These nano-fibers can be utilized in the catalytic cracking reaction of woody plant oil to prepare hydrocarbon-rich fuel. The Project intends to research the relationship between spinnability of precursor gel, heat treatment, acidification process, formation process of phase and nano fiber composition, structure and characteristics. The control of the specific surface area and phase distribution, chemical composition, grain size and controllable fibre diameter can be realized by optimizing process. Meanwhile, the influence of fiber chemical composition, microstructure, grain size and the diameter size and length to diameter ratio on the catalytic properties will be investigated. The internal reaction mechanism between the reactants and fiber catalyst will also be revealed. The best catalytic performance could be obtained through the adjustment of composition, microstructure and morphology of hollow fiber. Eventually, the new technology for preparation of promoted SnO2 hollow nano-fiber with high catalytic performance and low cost will be developed, which lay a foundation for its industrial application.

木本植物油裂解制备富烃基燃料是生物能源产业的未来发展方向，而开发高性能固体酸催化剂是其中最为重要的一个环节。本课题首次提出以柠檬酸、锡盐为原料，并掺杂其它高价态金属盐，采用有机凝胶先驱体转化法，结合同轴静电纺丝技术，通过热处理和表面强酸化处理，制备改性SnO2纳米中空纤维，用于催化裂解木本植物油制备富烃基燃料。课题拟研究凝胶先驱体可纺性、热处理和强酸化工艺条件及相形成过程与纳米纤维组成、结构及特性之间的关系，优化制备工艺过程，实现比表面积、相分布、化学组成、晶粒尺度及纤维直径等的可控。同时，探索纤维的化学组成、微观结构、晶粒和直径大小、长径比等因素对其催化特性的影响规律，认识和揭示改性SnO2纳米中空纤维和反应物之间作用的内在机制。从而通过调控中空纤维的组成、微观结构及形貌，获取最佳催化性能。最终开发出改性SnO2纳米中空纤维的高效、低成本制备新技术，为这种新型催化剂的工业化应用奠定基础。

由于燃料性能优异、原料来源广泛等特点，生物富烃燃料成为可再生能源研究领域的热点。本课题中通过负载金属氧化物，获得多种负载型固体催化剂。以光皮树为原料，通过催化裂解反应制备生物富烃燃料，并对催化裂解得到的产物进行了成分分析，具体研究内容及结果如下：.1、采用葡萄糖为原材料，通过水热法制备碳球载体，最佳制备条件为，温度180℃，加热时间8h。再经过低温等离子体技术催化剂进行表面处理，随后通过等体积浸渍法将镍、铁、锡等金属氧化物负载到碳球载体上，最终得到实验所需的固体催化剂。同时，通过SEM和FTIR等分析手段对催化剂的各项理化性能进行分析表征。.2、以葡萄糖和金属盐为原料，通过有机凝胶-溶胶法制备获得前躯体纤维，当（Fe3+:葡萄糖）摩尔比为3:5、pH6.0时，胶体的可纺性最佳。在氮气气氛下，450℃煅烧2h得到Fe/C纤维。以Fe/C纤维为载体。纤维载体经低温等离子体表面处理后，再将镍、铁、锡等金属通过等体积浸渍法负载到载体上得到Fe/C纤维负载型固体催化剂。同时利用SEM、XRD、FT-IR、等表征手段对Fe/C纤维的微观形貌、结构、物相组成等进行表征分析，并优化制备条件。.3、将所制备的固体催化剂用于催化裂解反应。通过测量反应前后酸值的变化来确定生物柴油产率，考察了催化剂的用量、反应温度、反应时间等反应条件对得率的影响。结合单因素试验分析研究得出活性最佳的催化剂以及催化制备生物柴油的最佳反应条件。结果表明以Fe/C纤维为载体负载SnO2的催化剂催化效率最高83.56%，催化裂解条件为：反应温度450℃，催化剂用量为3%，反应时间为60min。同时发现，载体经等离子体处理后，获得的催化剂寿命得到显著延长。同时，制备得到的生物富烃燃料也具有良好的燃料性能。.4、本研究还通过浸渍法成功合成了不同浓度铜离子负载的Cu/ZSM-5催化剂，并应用于催化裂解光皮树油生产烃类燃料。分析结果表明其中10%负载铜离子浓度的Cu/ZSM-5催化裂解得到的烃类燃料产率达到68.20 wt.%，含烃类化合物达89.07 wt.%，同时其产物的物理性能较好。