木质素催化解聚的研究进展

木质素是一种芳环结构来源丰富且价格低廉的可再生资源。从木质素出发催化解聚制备单酚类高附加值精细化学品和芳香烃烷烃等高品位生物燃料,可以部分替代以化石燃料为原料的生产过程,是生物质资源全组分高效综合利用的重要组成部分。在木质素催化解聚方法中,催化氢解可以直接将木质素转化为低氧含量的液体燃料,在生物燃料利用方面展现出巨大的潜力。本文详细总结了木质素的催化解聚方法,从催化剂类型、溶剂种类、反应机理及催化剂循环使用性等方面介绍了国内外的主要研究进展,着重阐述了木质素催化氢解方法。最后总结了当前木质素催化解聚过程中存在的难题,并对未来的技术发展提出了建议和展望。     

木质素催化解聚的研究进展

木质素是一种芳环结构来源丰富且价格低廉的可再生资源。从木质素出发催化解聚制备单酚类高附加值精细化学品和芳香烃烷烃等高品位生物燃料,可以部分替代以化石燃料为原料的生产过程,是生物质资源全组分高效综合利用的重要组成部分。在木质素催化解聚方法中,催化氢解可以直接将木质素转化为低氧含量的液体燃料,在生物燃料利用方面展现出巨大的潜力。本文详细总结了木质素的催化解聚方法,从催化剂类型、溶剂种类、反应机理及催化剂循环使用性等方面介绍了国内外的主要研究进展,着重阐述了木质素催化氢解方法。最后总结了当前木质素催化解聚过程中存在的难题,并对未来的技术发展提出了建议和展望。     

木质素催化氧化过程中典型化学键断键研究

木质素是自然界中含量最丰富的可再生芳香资源,各芳香基本单元通过C—O和C—C键连接。氧化解聚能显著降低化学键键能,对木质素结构中C—C键的裂解尤为有效,并生成芳香醛、酸、酮等高度功能化的高值产物。针对不同键的断裂能定向制备所需产物,如C_β—O键断裂易生产苯酚类以及酮类产物,C_α—C_β键断裂易制备芳香醛类和羧酸类产物,C_α—C_ary键断裂能有效去除侧链烷基等。文章重点从断键路径的角度综述了以上三种化学键的研究现状,同时介绍了各种化学键断裂的催化剂研究以及真实木质素氧化解聚进展。在此基础上,展望了未来木质素氧化解聚的研究方向,以实现木质素的高价值转化。     

Ni-P/HZSM-5催化木质素降解制备酚类化学品

采用Ni-P复合改性HZSM-5催化剂催化木质素降解制备高附加值的单酚类化学品，探讨了催化剂种类、金属负载量、反应温度、反应时间以及溶剂种类对木质素催化降解制备酚类化合物的影响。同时采用X射线衍射仪（XRD）、比表面积和孔径分析仪（BET）、化学吸附仪（NH₃-TPD）、热重分析仪（TG）以及气相色谱质谱联用仪（GC/MS）对催化剂以及液相产物进行分析表征，同时探讨其催化失活以及再生机制。结果表明：Ni、P高度分散在HZSM-5催化剂的表面，Ni的添加有效地弱化了C－C键，致使β-O-4和α-O-4发生断裂，有效地提高了木质素加氢解聚的活性，减少了焦炭的生成，但催化剂的再生水热稳定性较差，重复使用性较低。当采用甲醇为供氢试剂，在反应温度为220℃，氢气压力为2MPa，反应时间为8h，催化剂负载量为10%，NaOH为共催化剂时，其木质素的转化率为98.6%，酚类化合物的含量达到74.97%。产物以苯酚、愈创木酚和紫丁香酚为主，低温促进了紫丁香酚的产生。     

木质素的催化加氢转化

木质素是来源于木质纤维素的一种重要的可再生生物质资源,可用于制备化学品和燃料。由于木质素本身结构的复杂性和稳定性使其难以有效利用。目前大量的制浆和造纸工业的木质素没有得到有效利用,大部分用于燃烧供能,并且造成了一定程度的环境污染。为了保护环境、实现可持续发展,催化转化木质素制备高附加值化学品成为了研究的热点。木质素转化的研究众多,但是进展依然相对缓慢。目前主要的转化方法包括碱催化解聚、酸催化解聚、热化学转化、加氢处理解聚、氧化解聚等。由于加氢处理解聚木质素可以获得低聚木质素、酚类等有价值的化学品和制备烃类燃料,是目前研究的热点和最有效的方法之一。但是,催化剂失活和解聚产物产率不高等依然是需要进一步解决的问题。基于此,梳理了近年来木质素加氢处理主要的催化体系和相关结果,提出了尚待解决的问题,以期为今后建立有效的木质素解聚体系并实现其高值化利用的相关研究提供参考。     

木质素的催化加氢转化

木质素是来源于木质纤维素的一种重要的可再生生物质资源,可用于制备化学品和燃料。由于木质素本身结构的复杂性和稳定性使其难以有效利用。目前大量的制浆和造纸工业的木质素没有得到有效利用,大部分用于燃烧供能,并且造成了一定程度的环境污染。为了保护环境、实现可持续发展,催化转化木质素制备高附加值化学品成为了研究的热点。木质素转化的研究众多,但是进展依然相对缓慢。目前主要的转化方法包括碱催化解聚、酸催化解聚、热化学转化、加氢处理解聚、氧化解聚等。由于加氢处理解聚木质素可以获得低聚木质素、酚类等有价值的化学品和制备烃类燃料,是目前研究的热点和最有效的方法之一。但是,催化剂失活和解聚产物产率不高等依然是需要进一步解决的问题。基于此,梳理了近年来木质素加氢处理主要的催化体系和相关结果,提出了尚待解决的问题,以期为今后建立有效的木质素解聚体系并实现其高值化利用的相关研究提供参考。     

蔗渣木质素在NaOH/H_2O_2体系下的催化解聚研究

针对木质素复杂的化学结构、反应活性低及难溶于普通溶剂的缺点,以NaOH/H_2O_2为溶剂体系对蔗渣木质素(BL)进行催化解聚,完成了适合于该催化体系的催化剂开发,并考察了反应温度及BL初始质量分数等条件对木质素液化率及液化产物组成的影响。利用FT-IR及GC-MS对液化产物或残余物进行表征。结果表明,优化后的解聚条件为:ZnCl_2/FeCl_3为催化剂、反应温度为260℃、反应时间为60 min、催化剂与BL的质量比为0.15、木质素的质量分数为2%,该条件下BL的液化率为(79.02±2.24)%。BL催化解聚方式主要是C—O键的断裂,液化产物由单取代和双取代酚类化合物组成,主要包括4-乙基苯酚、2-甲氧基-4-乙基苯酚和4-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚等。     

钯催化重氮盐的C—C偶联反应研究进展

C—C偶联反应作为C—C键构建的一种重要方法,在现代有机合成中应用极其广泛。综述了近年来钯催化剂催化重氮盐的C—C偶联反应的研究进展。该类反应大多具有条件温和、收率高等优点。     

木质素氧化解聚制备芳香醛研究进展

木质素作为自然界最丰富的芳香族化合物资源，通过可控的氧化解聚方式得到小分子芳香醛类化合物是实现木质素高附加值利用的重要途径。芳香醛作为重要的食用及日化香料、医药中间体、大宗化学品，目前主要通过石油化工产业链生产，以木质素生产芳香醛是具有重要研究意义和应用潜力的可再生资源利用途径。本文综述了国内外有关木质素制备芳香醛的最新研究进展，包括化学氧化解聚、电化学解聚、光催化解聚和生物催化解聚；对不同方法制备芳香醛的转化率和产率进行了对比，基于不同的解聚工艺与催化体系的特点进行评述与分析，展望未来木质素生产芳香醛的研究方向，以实现木质素的高值化利用。得出多方法耦合催化是可能进一步提高木质素生产芳香醛转化率与选择性的有效策略。     

硫酸氢盐离子液体与Ni2+协同催化木质素的定向解聚研究

以酶解木质素为原料,70%的离子液体水溶液为溶剂介质,氯化镍(Ni Cl2)为催化剂,考察了木质素浓度(木质素质量与离子溶剂质量之比,mg·mg-1)、催化剂用量、反应温度和反应时间等因素对木质素催化解聚的影响,利用紫外光谱仪,对解聚产物中的乙醚可溶物和水可溶物进行结构表征。结果表明,在木质素浓度为0.3mg·mg-1、催化剂用量为0.024g、反应温度为130℃、反应时间为4h的催化解聚条件下,木质素的催化效果最佳。     

木质纤维素衍生平台化学品制备液态烷烃的研究进展

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,且利用糠醛和乙酰丙酸制备长链烷烃的反应路径短,较易实现工业应用。     

木质素解聚和液相催化降解研究进展

木质纤维生物质作为地球上最丰富的可再生资源, 不仅储量巨大而且在利用过程中具有碳平衡的显著优势, 已逐渐成为最具发展前景的可再生能源之一。木质纤维中的木质素是自然界最大且唯一的可再生芳香族化合物原料, 在生物质燃料转化, 尤其是解聚生产苯系化工产品等领域具有极为重要的作用和意义。本文在简述木质素化学结构的基础上, 综述了近年来木质素高温热解聚, 生物酶解聚, 催化热解聚, 光催化解聚和溶剂热解聚等解聚方法, 深入分析了液相催化过程中酸、碱催化体系, 加氢和氧化催化体系的机理及优缺点, 总结了现阶段木质素解聚方法中存在的问题, 并对未来的发展方向进行了展望。     

生物质基含氧化合物在过渡金属碳化物上加氢脱氧研究进展

过渡金属碳化物由母体金属化合物经渗碳反应而形成,具有多变的结构组成和类贵金属的电子性质,是一类具有广泛应用前景的廉价催化材料,在催化加氢、加氢脱氧（hydrodeoxygenation,简写为HDO）和氢解等诸多重要催化反应中表现出优异的性能。近年来,对过渡金属碳化物的研究及其催化应用取得显著进展,但由于其固有的复杂性如相组成、表面缺陷与物种等导致构效关联等科学问题尚不清晰,仍有待进一步研究。本文综述了近年来过渡金属碳化物在生物质热解油中代表性含氧化合物HDO制备燃料和高附加值化学品中的研究进展,在分析了代表性含氧化合物反应路径的基础上,重点介绍了过渡金属碳化物的设计与合成策略及其结构与HDO催化性能关联,并展望了过渡金属碳化物作为生物质基含氧化合物HDO催化材料的研发方向与发展前景。     

木质素类生物质催化热解制备精细化学品研究进展

能源和环境是当今世界的两大挑战,将生物质转化为燃料和化学品是应对该挑战的低碳方案。其中,催化热解木质素获得燃料和化学品是低碳方案的重要部分。本文以能源和环境问题为出发点,阐述了木质素催化热解制备燃料和化学品的可行性和必要性,并对催化裂解行为、催化裂解过程和催化产物等方面的国内外研究现状进行了系统介绍。文章首先对木质素的结构和转化过程进行了概述;然后从催化热解行为、催化热解产物以及催化剂的研究现状等方面进行了系统阐述,并对现有的催化木质素热解过程的机理研究进行了讨论。通过对木质素催化热解制备燃料和化学品的发展前景、技术瓶颈以及逻辑方面进行评估表明,木质素转化为燃料和化学品过程中提高产品的产率和能量效率是今后的总体目标,而原料供给和生产、催化剂开发、产品分离纯化、反应机理和动力学以及计算模拟等方面将是深入研究木质素高效利用的重要研究内容。     

生物质炭基材料在有机催化转化中的应用

近年来,生物质因具有富碳可再生、储量丰富、环境友好、价格低廉等特点被作为原料广泛应用于制备生物质炭基材料。本文综述了以生物质为原料衍生炭基材料作为催化剂在有机转化反应中的相关研究进展,重点介绍了杂原子掺杂、金属杂化策略所制备炭基催化材料在液相催化加氢、氧化、偶联等有机转化反应中的催化性能,进而阐明了炭基催化剂与催化活性之间的构效关系。最后,本文总结了生物质炭基催化剂在有机催化反应中的优势,指出了目前生物质衍生炭基催化剂材料合成和有机转化研究领域面临的挑战,并对此领域的未来发展趋势进行了分析与展望。     

木质素氢解反应溶剂与催化剂研究进展

木质素是由三种苯丙烷单元随机键合形成的复杂大分子物质,是自然界中唯一可直接提供芳环的可再生能源。以木质素为原料制取高品位液体燃料和高附加值化学品,特别是木质素氢解是国内外关注的热门研究领域之一。梳理了近年木质素催化氢解研究进展,针对木质素氢解过程中溶剂体系（水溶剂以及醇类溶剂）和催化剂体系（均相催化剂以及非均相金属催化剂）对木质素氢解效率、产物分布的影响机理,做了较全面的概述和分析。最后,针对木质素催化氢解领域目前尚存在的问题提出建议,期望为木质素高值化利用相关研究提供参考。     

CO/CO2加氢高选择性合成化学品和液体燃料

一氧化碳/二氧化碳（CO/CO₂）转化利用是碳一化学与CO₂捕集利用中的重要环节,也是当今碳资源的非石油路线利用最具挑战性的方向之一。CO₂的高效活化与定向转化是CO₂利用过程中的关键问题,而CO加氢转化最大的瓶颈问题为如何有效控制C-O键的活化、C—C键的形成、碳链增长及终止。本文主要综述 CO/CO₂加氢高选择性合成重要化工原料低碳烯烃（C₂ ⁼～C₄ ⁼）以及一步高效合成汽油馏分（C₅～C₁₁）等方面取得的突破性进展。目前,CO/CO₂加氢主要经过费托合成与氧化物/分子筛双功能两条路线合成低碳烯烃与汽油燃料。针对费托合成C₂ ⁼～C₄ ⁼,分析表明棱柱状碳化钴得到的烃类产物分布可以显著突破Anderson-Schulz-Flory（ASF）分布的限制,而分子筛已被广泛用于构建双功能费托催化剂,由于酸性分子筛具有加氢裂化、低聚与异构化等功能,使得CO/CO₂还可以直接高选择性地转化为C₅～C₁₁烃类。另一方面,将可以活化CO或CO₂到甲醇的可还原型氧化物与具有C—C偶联功能的SAPO-34或HZSM-5分子筛进行耦合,也可以实现CO/CO₂加氢一步合成低碳烯烃或汽油且具有非常优异的选择性和高转化率。今后,借鉴纳米合成领域新方法,使产物分布打破经典ASF限制,最大限度地提高目标烃类化合物的选择性并显著减少甲烷的生成是研究关键。     

Insights into depolymerization pathways and mechanism of alkali lignin over a Ni1.2–ZrO2/WO3/γ-Al2O3 catalyst

This study performed catalytic depolymerization of alkali lignin over Ni-based catalysts. Effects of different promoters (Zr and W), Ni loadings, reaction temperatures, and the addition of formic acid and catalyst on lignin conversion and products distribution were all investigated. The result showed that the highest oil yield (40.1% (mass)) was obtained at 240?℃ over Ni_1.2/γ-Al₂O₃ promoted by Zr and W species. Quantitative analysis indicates that Zr and W species prefer to lignin depolymerization while Ni active phase prefer to hydrodeoxygenation and hydrogenation. The interconversion of products derived from lignin depolymerization was determined by gas chromatography-mass spectrometer, which demonstrated that phenolic compounds were dominant products in all lignin derived bio-oils, wherein the proportion of vanillin was highest (65.7%) at 180?℃, while that of alkyl guaiacols increased with the increase of temperature (from 12.45% at 180?℃ to 66.67% at 240?℃). Residual lignin obtained after lignin depolymerization was also investigated for detecting differences on functional groups, wherein the disappearing peaks at 1511?cm^?1 (stretching of aromatic rings), 1267, 1215 and 1035?cm^?1 (vibrations of guaiacyl and syringyl units) were detected by Fourier transform infrared spectrometry. Additionally, the higher O/C ratio measured by elemental analysis also confirmed that alkali lignin was depolymerized effectively under mild conditions.