碱土金属氧化物基催化剂催化热解生物质研究进展

快速热解是生物质高效转化利用的重要方法之一,然而其目标产物生物油因含氧量高、组分复杂等不足而难以直接利用。通过在热解体系中引入碱土金属氧化物基催化剂,可以将热解产物中的氧元素以CO₂和H₂O等方式脱除,从而实现生物油品质的提升。总结了典型碱土金属氧化物基催化剂对生物质催化热解过程中发生的酮基化、羟醛缩合、开环和侧链断裂反应及机理,讨论了催化剂类型（CaO、MgO、基于碱土金属氧化物的分子筛和活性炭等）、生物质原料、温度、催化剂用量、停留时间、催化方式、催化剂失活等因素对生物油产率与品质的影响,并对生物质催化热解制备高品质生物油及其应用进行了展望。     

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。     

La掺杂CaMnO3的合成及其对木质素热解的催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了一系列La掺杂的锰酸钙(Ca1-x Lax MnO3),探究了La掺杂量、前驱体pH值、焙烧气氛以及焙烧温度对Ca1-x Lax MnO3合成的影响.通过XRD、SEM、TG、BET等手段对钙钛矿样品进行了表征分析,其适宜的合成工艺参数为La掺杂量x=0.5、前驱体p H=8、空气气氛、t=800...     

油页岩催化热解研究进展

简述了油页岩热解加入催化剂不仅可以提高页岩油产率,也能在一定程度上控制其成分。重点介绍了常用的四类催化剂：天然矿物,金属化合物,分子筛和负载类催化剂对油页岩热解的影响。研究表明,天然矿物能影响热解产物的组成,如蒙脱石可提高页岩油产率。金属氧化物、金属盐对热解均有催化作用,金属氧化物使页岩油芳烃含量增加,金属盐类促进油页岩里含有的有机质分解,加快反应速率。适当的分子筛能够使页岩油产率增加,并降低其中含硫、氮的化合物含量。在此基础上指出了制备新型催化剂的发展方向,希望能够为全世界的非常规能源的发掘使用产生参考价值,使油页岩催化热解技术进一步工业应用有据可依。     

木质素及其模型化合物热解研究进展

木质素是世界第二大可再生生物质资源,实现木质素的资源化、高值化利用对国民经济发展具有重要意义。木质素热解因具有成本低廉、操作简单、可获得高附加值产品等优点受到了学者的广泛关注。本文综述了β-O-4、α-O-4、β-5等木质素模型化合物的热解机理,比较了模型化合物中不同种类连接键断裂的难易程度及生成产物的区别;概述了木质素热解过程的特性、影响因素及产物分布规律,阐述了催化剂对热解过程的影响,尤其是金属盐类和分子筛对热解产物组成的影响规律和催化作用机制,详细介绍了木质素热解制备酚类化学品和生物油的关键控制因素及产品特点;针对现有木质素热解技术存在的机理不明确、目标产物选择性低、产物提纯困难等问题,对探索热解机理、开发新型催化剂及生产工艺、提高经济效益等发展方向进行了展望,为木质素资源化利用提供了理论基础。     

MeMo/USY催化剂对神东煤热解产物的调控

以USY分子筛为载体,通过等体积浸渍MoO₃、Fe₂O₃、Co₃O₄、NiO四种过渡金属氧化物,制备了Mo/USY、FeMo/USY、CoMo/USY、NiMo/USY催化剂,并借助ICP、XRD、BET、NH₃-TPD、TG等手段对催化剂进行表征。使用粉-粒流化床进行神东煤的催化热解实验,考察了过渡金属氧化物对USY的改性作用及其对热解产物的影响。结果表明：不同催化剂作用下,半焦收率基本保持在65%左右;与SiO₂相比,USY分子筛使焦油中酚类化合物含量从36.95%减少到5.08%,萘类化合物含量从8.24%增加到72.76%;与USY相比,Mo/USY使气体、液体产物的收率分别降低了4.4个百分点、30.0个百分点,萘类含量减少了18.5个百分点;Fe₂O₃、Co₃O₄、NiO对Mo/USY的改性作用明显,降低了催化剂的积炭率,提高了CH₄、C₂、C₃、CO₂的收率和气体总收率;FeMo/USY促进了产物的芳构化和萘类的生成;CoMo/USY促进了产物的芳构化反应,抑制了萘类的生成反应;NiMo/USY抑制了产物的芳构化反应、萘类的生成反应。     

废塑料催化热解催化剂的进展

塑料的高消耗量和不可生物降解性,导致其对环境具有潜在的危害。与传统的废塑料处理回收方法相比,催化热解法在较低温度下可得到高品质热解油。基于常用的催化剂类型,从孔结构、酸碱度、比表面积等角度阐述了不同催化剂种类废塑料的催化热解性能;基于聚烯烃的空间结构的差异,分析聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)的催化热解机理;根据不同聚烯烃的特性,重点综述了近年来国内外常用的废塑料催化热解催化剂,基于不同催化剂酸碱性、孔结构等影响因素进行分析,从液体收率、单体选择性评价了催化剂的催化性能,提出未来研究应致力于混合废塑料催化热解催化剂的开发和利用。     

木质素催化氧化解聚研究进展

木质素是自然界中唯一能直接提供芳环的可再生资源。然而,受制于其分子中致密的三维网状芳环结构和复杂化学键合方式,超过98%的工业木质素在纸浆和造纸工业中被焚烧,造成极大的资源浪费。木质素氧化解聚转化为香草醛等高度官能化的单体是一个重要且有前景的手段。文章主要介绍了木质素的结构、种类和解聚方法,从催化剂以及催化转化路线方面详细介绍了目前国内外在木质素氧化解聚研究领域的最新进展。在此基础上,对近期热门的非常规活化方法进行了调研与分析。最后总结了当前木质素氧化解聚研究存在的问题,并提出了未来可能的发展方向。     

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。     

碱改性HZSM-5催化热解木质素催化剂失活分析

对0.3 mol·L^-1 NaOH改性后的HZSM-5以及未改性HZSM-5催化剂进行循环和再生评价实验以考察催化剂的寿命。对反应后和再生的催化剂进行N₂吸脱附以及NH₃-TPD表征,并通过对反应后的催化剂进行SEM、TGA、FTIR、UV-Vis等表征分析催化剂积炭。两种催化剂的活性均随着循环实验次数的增加而逐渐降低,经4次循环实验的改性HZSM-5催化剂的催化活性远高于4次循环实验的未改性HZSM-5催化剂。反应过的催化剂经高温煅烧再生后其活性都有所恢复,再生后的改性HZSM-5的催化活性仍高于未改性催化剂。对两种不同催化剂积炭分析,改性后催化剂的积炭量少于未改性的催化剂,其积炭组分中高聚芳烃的含量相对较多。     

不同类型分子筛催化热解陈腐垃圾性能研究

选用3种不同类型的分子筛催化剂HZSM-5、HY和HBeta,以垃圾填埋场陈腐垃圾为原料,进行绝氧热解和催化热解对比研究。结果表明,分子筛催化剂的加入不仅对陈腐垃圾热解产物产率有明显影响,而且对热解气和热解油的品质有明显的提高。对比3种催化剂发现,HZSM-5更有利于热解气的产生,而且所得热解气的热值最高,为67.45 MJ·m^-3,所得热解油中汽油组分最多,为质量分数65.4%,而重馏分油组分仅为6.9%。HY和HBeta则得到相对更高的热解油产量,尤其是轻质柴油,质量分数分别为38.1%和41.4%。3种催化剂截然不同的催化热解产物产率和产品性质与其孔道结构、织构性质和酸性质均密切相关。     

催化裂解汽油加氢催化剂及工艺研究

根据催化裂解汽油组成特点,开发了“切C5-脱砷-切C9-两段加氢”工艺技术路线及配套的一、二段加氢催化剂.采用该工艺技术路线,利用自制催化剂对催化裂解汽油进行加氢处理,500 h稳定性评价结果表明,开发的工艺技术路线合理、可靠,催化剂性能稳定,产品溴价小于1.0 g Br/100 g,硫含量小于1.0 μg/g,满足芳烃抽提要求.     

Pyrolytic lignin removal for the valorization of biomass pyrolysis crude bio‐oil by catalytic transformation

BACKGROUND: The catalytic processes for valorizing the bio‐oil obtained from lignocellulosic biomass pyrolysis face the problem that a great amount of carbonaceous material is deposited on the catalyst due to the polymerization of phenol‐derived compounds in the crude bio‐oil. This carbonaceous material blocks the catalytic bed and contributes to rapid catalyst deactivation. This paper studies an on‐line two‐step process, in which the first one separates the polymerizable material and produces a reproducible material whose valorization is of commercial interest. RESULTS: The establishment of a step for pyrolytic lignin deposition at 400 °C avoids the blockage of the on‐line catalytic bed and attenuates the deactivation of a HZSM‐5 zeolite based catalyst used for hydrocarbon production. The origin of catalyst deactivation is coke deposition, which has two fractions (thermal and catalytic), whose content is attenuated by prior pyrolytic lignin separation and by co‐feeding methanol. The morphology and properties of the material deposited in the first step (pyrolytic lignin) are similar to lignins obtained as a by‐product in wood pulp manufacturing. CONCLUSIONS: The proposed reaction strategy, with two steps (thermal and catalytic) in series, valorizes the crude bio‐oil by solving the problems caused by the polymerization of phenolic compounds, which are obtained in the pyrolysis of the lignin contained in lignocellulosic biomass. Given that a by‐product (pyrolytic lignin) is obtained with similar properties to the lignin from wood pulping manufacturing, the perspectives for the viability of lignocellulosic biomass valorization are promising, which is essential for furthering its implementation in biorefinery processes. Copyright © 2009 Society of Chemical Industry     

Mathematical modelling of lignin pyrolysis

Seven lignins from different sources were pyrolysed (i) isothermally in vacuum over the temperature range 300–1300 °C and (ii) at a constant heating rate of 30 °C min^?1 and a pressure of 0.1 MPa over the temperature range 150–900 °C. The mass fraction of each product—char, tar and gas species—and the elemental composition of the char and the tar were determined for the flash pyrolysis experiments. The evolution rates of the gas species and the tar versus the dynamic temperature of pyrolysis were determined for the constant heating rate pyrolysis experiments. Although the amount of each product species varied from lignin to lignin, the evolution rates were insensitive to the lignin source and the extraction process. To model the data, modifications were made to a recently developed model of coal pyrolysis. The model proved to be successful in simulating both the data from vacuum flash pyrolysis and constant heating rate pyrolysis of Iotech lignin.     

催化裂解制低碳烯烃技术研究进展

对以石油路线生产低碳烯烃的催化裂解工艺进行了综述。催化裂解结合了传统蒸汽裂解和流化催化裂化的优势,表现出良好的原料适应性和较高的低碳烯烃产率,针对不同的石油裂解原料已经开展了相应工艺技术的研究。本文总结了目前催化裂解制低碳烯烃技术的研究进展,指出ZSM-5分子筛催化剂、热力学平衡限制和动力学反应条件是催化裂解反应过程中的重要影响因素和研究内容。催化剂研究仍是催化裂解工艺开发的重点,而热力学和动力学是研究反应规律的有效方法,这是今后实现石油烃类定向转化的研究方向。     

木质素结构及热解特性

为研究结构类型和提取方法对木质素热解特性的影响,本研究采用Klason方法预处理得到的棉杆、核桃壳Klason木质素和贝克曼方法预处理得到的核桃壳磨木木质素（MWL）,并结合傅里叶红外光谱仪（FT-IR）和快速热解仪-气相色谱/质谱联用（Py-GC/MS）对其化学结构和热解特性进行分析。FT-IR表明碱木质素为G型木质素,棉杆木质素属于GS类型木质素,而核桃壳木质素具有 HGS木质素的特征;Py-GC/MS分析发现原料的变化以及提取方法对木质素热解产物的组成有明显的影响,在棉杆Klason木质素中邻苯二酚类产物含量为28.18%,而在核桃壳Klason和磨木木质素的含量分别为18.12%和35.11%。同时研究表明经两种方法处理的木质素结构有明显的不同,其中Klason木质素结构中苯丙酸侧链上的α-和β-醚键明显断裂,而贝克曼处理主要体现在苯基芳基醚键的断裂。     

木质素慢速热解机理

利用热重考察了不同升温速率下木质素的热解特性,结合红外光谱对木质素热解的不同阶段生成的半焦的表征结果,分析了木质素在慢速升温条件下的热裂解机理,表明:木质素的热解是一个旧键断裂挥发、新键重组的过程。热解过程随着反应时间的推移依次分为水分挥发、支链断裂重组或挥发和芳环缩聚成碳3个阶段。采用Flynn-Wall-Ozawa方法,根据不同升温速率下测得的失重速率变化求算后两个阶段的活化能,结果分别为64 kJ·mol^-1和132 kJ·mol^-1,进一步证明了木质素热解的分段特征,并表明芳环缩聚成碳所需活化能远大于与苯环相连的支链断裂所需的能量。     

葡萄糖催化热解制备左旋葡萄糖酮特性研究

催化热解制备左旋葡萄糖酮(LGO)是生物质制备高值化学品的重要方法。开发了一种新型的金属磺化炭催化剂用于高效制备LGO,并研究了热解温度、催化剂与生物质的比例以及金属盐类型对左旋葡萄糖酮生成的影响,研究表明:金属磺化炭明显促进了LGO的选择性,在Ce-SC催化剂作用下,催化热解温度为300℃、原料/催化剂比例为1∶1时,LGO的含量达到了82%;在Co-SC催化剂作用下,催化热解温度为400℃、原料/催化剂比例为1∶1时,LGO的含量达到了64%。