木质素类高密度航空燃料的非卤素直接合成基础研究

High-density hydrcarbon fuel(HDF), one of important liquid propellants, is a key mateiral for aerospace application. Synthesis of HDF using biomass as feedstock is an alternative for conventional route based on fossil. The diversity and special molecular structure of high-density fuel can be synthesized from biomass. And the production of bio-HDF also extends the utilization of biomass. In this proposal, the environmental-friendly acid modified ZSM-5 catalyst with shape selectivity and high activity will be used combining with theoretical calculation to design fuel molecule structure and pathway of the reaction.It is aimed to :(1)Design molecular structure of bio-HDF drived from lignin and propose pathway of synthesis,(2) Prepare nano mesoporous ZSM-5, and modify it with acid and metal ions, by which the pore channels of molecular sieve will be modulated and the synthesis of fuel via shape selectivity will be achieved. (3)Complete the direct C-C coupling from lignin monomers without halogen,through the introduction of electronegative materials.It is expected to provide fundamental understanding and basic data for the synthesis of bio-HDF by this project.

高密度碳氢燃料是液体推进剂的重要组成部分，是国家航天航空重大需求的关键材料之一。以生物质为原料进行生物高密度燃料合成将是一种新的石油原料的替代路线，利用木质素的特殊分子结构，能合成出特定结构的高密度燃料，丰富高密度燃料的种类，同时拓展生物质燃料研究及利用范围。本项目拟采用高活性环境友好的具有择型功能的酸改性 级孔ZSM-5催化剂，结合理论计算进行燃料分子结构和反应途径的设计，从生物质木质素化合物出发，期待取得：（1）设计出木质素生物高密度航空燃料的分子结构，提出木质素生物高密度燃料的合成途径；(2)制备纳米介孔ZSM-5分子筛，并进行酸改性和金属离子改性，调变分子筛孔道，实现木质素燃料母体的择型合成；(3)通过加入电负性大的化合物，实现无卤素的由木质素单体直接C-C偶联反应。期望该研究为我国的生物高密度燃料的发展提供理论和基础技术支持。

高密度碳氢燃料是液体推进剂的重要组成部分，是国家航天航空重大需求的关键材料之一。以生物质为原料进行生物高密度燃料合成将是一种新的石油原料的替代路线，本文利用木质纤维素平台分子的特征分子结构，合成出了15种结构的高密度燃料组分，既丰富了高密度燃料的种类，也拓展了生物质燃料的研究及利用范围。本项目采用高活性环境友好的具有择型功能的固体酸催化剂，如ZSM-5、酸性树脂、PW@MOF等，结合理论计算进行燃料分子结构和反应途径的设计，从木质纤维素平台化合物出发，首先设计出了木质纤维素高密度航空燃料分子结构，提出木质纤维素生物高密度燃料的合成途径；然后通过制备ZSM-5、酸性树脂、PW@MOF等酸性固体酸催化剂，调变孔道结构、酸强度和表界面性质，实现木质纤维素燃料母体的择型合成；最后采用Pd/C或者负载型的双功能催化剂对燃料母体进行氢饱和处理，得到高密度燃料组分。本项目合成的15种结构的高密度燃料组分化合物，密度在0.82~0.96 g/mL范围内，冰点在-110~1.2℃范围内，黏度在1.62~1752.5mm2/s之间，可直接作为高密度燃料使用或者作为高密度燃料的添加剂使用。本研究提供的理论和技术经验可为我国的生物高密度燃料的发展提供理论和基础技术支持。