生物质催化转化制备生物基航空燃料的研究进展

生物质催化转化是制备高品质生物基航空燃料和解决能源危机的主要途径,本文从现有的生物基航空燃料的制备方法出发,从适应需求的原料和技术路线的角度,概述了油脂、木质纤维、糖类等不同的原料所需的技术路线和催化体系,以及加氢脱氧、费-托合成、羟醛缩合、烯烃齐聚等不同技术路线所用的催化剂,同时对反应条件以及反应机理进行优化和探索,并指明催化转化过程中存在成本高、工艺和转化机理复杂(高温和高压)、H2用量高、目标产物的选择性较差以及催化剂失活等问题。最后,针对各种原料、技术路线的优缺点以及面临的问题,提出了建议并展望其未来发展方向。

生物质与供氢甲醇共催化热解耦合集成优化制备芳烃的研究

为了提高目标产物的产率以及选择性,以HZSM-5介孔分子筛为催化剂,采用高有效氢碳比化合物--甲醇与生物质进行催化共热解,探讨热解温度、催化温度、有效氢碳比以及醇的种类对芳烃的产率、选择性以及催化剂的抗积碳性能的影响。结果表明,芳烃的产率以及选择性随着生物质与供氢试剂共催化热解时有效氢碳比的增加而显著增加,尤其是二甲苯的选择性,二者之间存在协同效应,当热解温度为400℃,催化温度550℃,甲醇的进样量为2 mL/min,氮气流速为200 mL/min时,其苯及其同系物等芳烃含量达到81.34%,单环芳烃(SBTXE)含量达到71.75%,而二甲苯的选择性达到40.81%,同时,供氢甲醇的添加提高了催化剂的抗结焦能力,使其石墨化焦炭含量增加。

木质生物质催化热解制备富烃生物油研究进展

生物油是木质生物质等原料经过热解获得的绿色产物,富含多种化学和生物活性物质,在石油替代方面具有发展潜力。生物质催化热解技术是制备高品质生物油的主要途径,但由于生物油含氧量比较高、目标产物选择性比较低、催化剂易结焦失活,限制了其应用。笔者从木质生物质热解机理及其反应途径、催化剂(金属氧化物、金属盐类、微孔催化剂、介孔催化剂)及其催化热解转化机理与产物调控机制、供氢试剂(四氢化萘、甲醇、废旧塑料、废弃油脂及其他供氢试剂)及其共催化热解转化机理等方面综述了木质生物质催化热解制备高品质生物油的进展,概述了催化热解过程中生物油的热解特性、产物组成以及转化机理,并对存在的问题及其解决方案进行了分析,展望了未来的发展方向,以期为木质生物质的高效转化利用提供依据和参考。

生物质快速热解制取生物油研究现状探析

生物质快速热解制得的生物油可以用作燃料和化工产品,具有替代化石能源的巨大潜力,生物油的产率和组成取决于生物质组成和工艺操作参数。通过对生物质快速热解反应及热解反应器的介绍,着重讨论了生物质原料、热解反应温度、热解时间、升温速率、蒸气停留时间、进料率速度、颗粒大小、生物量组成、催化剂及其原料预处理对生物油产率的影响,以期为今后生物质热解的相关研究提供参考。

MOF衍生物/生物质碳基钠电池电极材料的研究进展

钠(Na)电池具有原料成本低、储量大、能量密度较大等特点,是极具发展前景的下一代电池材料之一。生物质具有可持续发展、环境友好、结构多样和高反应活性等优点。由金属-有机骨架(MOF)衍生物和生物质材料制备的多孔碳基材料能够提供主体框架,利用孔结构增大碳的层间间距,保证足够的层间空间用于Na^(+)插入,促进电子转移,从而提高电池的电化学性能。综述了常见的生物质碳基材料、MOF及其衍生物、MOF/生物质复合材料钠电池负极材料的相关研究进展,以期为开发高性能MOF衍生物/生物质碳基复合钠电池电极材料提供理论依据。

桉树生物质制备高邻位酚醛树脂纤维的研究

使用桉树树皮、桉树树杆、造纸黑液木质素为原料制备生物基高邻位酚醛树脂纤维,采用FT-IR、TG、DSC、游离酚标定、力学性能测试等方法对材料性能进行表征,对不同生物质的热塑性酚醛树脂性能、生物质的添加量对酚醛树脂热性能的影响规律、密炼工艺对生物基酚醛树脂纤维的机械性能影响进行了探讨。研究结果表明:木质素基树脂成分组成均一,结构稳定,热稳定性最佳;以木质素为原料,不同木质素和苯酚质量比(木酚比)的生物基酚醛树脂邻对位比(O/P)值相似,邻位反应比例均大于对位;木酚比为1∶4时制备的树脂组分均一,性能最好;密炼时间15 min,转速为45 r/min、密炼温度为135℃条件下制备的生物基酚醛树脂纤维性能较优,拉伸强度为168.6 MPa、断裂伸长率为2.1%。

改性HZSM-5催化生物质与塑料热解制备芳烃和生物炭

为了进一步提升生物油的品质,该研究采用竹材和低密度聚乙烯(Low-Density Polyethylene,LDPE)为原料,采用金属氧化物和HZSM-5(HZ)为催化剂催化生物质共热解,探索生物质与塑料的混合比例、金属氧化物的种类(HZSM-5、CaO、MgO、CeO2、La2O3和SnO2)、HZSM-5和MgO的混合比例以及组合方式(分层模式和混合模式)对生物质催化共热解制备生芳烃和生物炭的影响,同时对其添加效果进行分析。结果表明:LDPE和金属氧化物的添加可以有效的促进生物质的转化,降低了生物油的产率(9.76%~23.96%),提高生物油的品质和生物炭的石墨化程度,二者具有明显的协同效果,MgO促进了烷基酚的形成,CaO促进了烯烃的转化,而La2O3和SnO2明显的促进是呋喃的生成。而且混合模式可以有效的提高芳烃的产率,当生物质:LDPE=1:1,HZSM-5:MgO=2:1时,芳烃含量最高为84.99%,苯、甲苯、二甲苯和乙苯(SBTXE)的总含量达到了60.09%,而甲苯和二甲苯含量分别达到了25.97%和16.91%,混合模式有效促进了苯、甲苯和二甲苯的选择性,分层模式有效促进了烷基苯的转化,且MgO的添加明显抑制了稠环芳烃的形成。

金属改性生物炭基催化剂催化生物质热解制备生物基芳烃

为了提高芳烃的产率,提高生物油的品质,该研究采用金属改性的生物质来源的活性炭为催化剂,催化生物质热解二维气相重整制备芳烃,探讨了金属的种类(Al、Cu、Zn、Ni)以及金属的负载量(1%、5%、10%)对热解产品的产率以及选择性的影响,同时采用X-射线衍射仪、比表面积和孔径分布仪、化学吸附仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和元素分析等对催化剂进行表征,结果表明:金属改性有效提高了催化剂的活性位点以及酸性,进而通过电子转移和电荷转移相互作用促进脱甲氧基和脱氧反应生成碳氢化合物,不同金属产生的最大碳氢化合物质量分数为:10%Ni/AC催化剂产生的最高为73.78%,其次为5%Zn/AC催化剂,达到了55.14%,10%Cu/AC和5%Al/AC催化剂产生的最少,分别为42.53%和40.75%。高Lewis酸含量的Al促进了烯烃和酚类化合物的生成,低酸性的Cu促进了焦炭含量增加,而高Bronsted酸含量的Zn和Ni促进了单环芳烃的生成,使苯及其同系物、苯酚、烷基酚的选择性增加,脱氧和脱甲氧基效果显著,当Ni的负载量达到10%时,其生成的碳氢化合物的成分占比最高为73.78%,芳烃化合物的成分占比达到67.54%,苯的选择性达到了52.15%,有效提高了生物油的品质。

金属氧化物活化P/HZSM-5催化生物质热解气重整制备富烃生物油

为了探讨催化剂的酸性和孔道结构与热解产物之间的构-效关系,采用金属改性的M-P/HZSM-5 (M=Zn、Ce、Co、Cu、Ga和Mg)为催化剂,催化生物质热解气相重整制备富烃生物油,探究金属的种类对产品的产率以及选择性的影响,采用XRD、BET、NH_(3)-TPD、FTIR对催化剂进行表征,采用GC/MS、UV-荧光光谱和元素分析仪对重整生物油的产物组成、脱氧特性以及共轭结构进行分析,并用TGA、拉曼光谱和SEM对失活催化剂进行评价,探究其结构-性能关系以及催化失活机制。结果表明:金属的添加并未改变催化剂的骨架结构,但形成了新的金属位点,调整了催化剂酸性分布,使比表面积以及孔容下降,平均孔径增加。金属位和酸性位的协同作用明显地促进了生物油的脱氧和单环芳烃的转化,脱氧顺序为Zn>Mg>Co>Ce>HZSM-5>Ga>P>Cu,且芳烃产率与总酸含量呈正相关,较高的酸度和平均孔径以及适宜的比表面积有利于芳烃的生成。然而,较低的酸度和较小的孔径促进了烯烃化合物的转化。当采用Zn-P/HZ为催化剂时,碳氢和芳烃产率最高,为86.46%和78.29%,共轭体系最大。Zn促进了苯、甲苯和烷基苯的形成,Mg促进了二甲苯的转化,而Cu和Ga促进了轻质烯烃的形成,金属的添加明显地降低了石墨化程度,提高了抗结焦性能。

Zn-Na2CO3复合改性HZSM-5在线催化生物质热解制备芳烃

为进一步提高芳烃的产率,减少催化剂的失活,采用Zn和Na2CO3对HZSM-5催化剂复合改性,探讨了Zn的负载量对生物质催化热解气相重整制备芳烃的产率、选择性以及抗结焦性能的影响,同时采用XRD、BET、NH3-TPD以及SEM对反应前后催化剂进行表征。结果表明:ZnNa2CO3复合改性没有改变HZSM-5晶体骨架结构,Zn均匀的负载在催化剂的表面,比表面积随着Zn的负载量的增加而减少,孔径随着Zn的负载量的增加而加大;改性Zn-Na2CO3/HZSM-5催化剂具有较强的催化活性以及脱氧效果,有效的提高芳烃的产率,抑制了稠环芳烃以及焦炭的生成,使BTXE的选择性增加;当Zn的负载量为5%时,单环芳烃含量最高为88.05%,BEXT增加12.92%,而焦炭含量最低为23.69%。Zn的添加有效的提高了催化剂抗积碳能力,促进了氢转移反应的形成,使其芳构化能力提升。

生物质碳点荧光材料在生物医药领域中的应用

荧光材料由于具有特殊的光学性质,在生物医学、生物成像和荧光传感等相关领域有广泛的应用。与传统的荧光剂相比,纳米荧光材料具有稳定性好、荧光强度高等优点。然而,传统的荧光纳米材料通常含有重金属,使其在生物医药领域中的应用受到限制。生物质荧光碳点作为一种新型的荧光碳纳米材料,因具有优异的生物相容性、化学惰性、荧光可调节性,在生物医药、生物传感、荧光成像等多个领域展现出应用潜力。但是,目前生物质碳点应用于生物医药领域的综述文献相对较少。因此,本文总结了不同天然产物制备碳点的绿色合成方法,对碳点的荧光机理进行了分析和归纳,重点阐述了碳点在生物传感、生物成像、药物载体、生物抗菌剂等生物医药领域的应用研究,讨论了存在的问题,并对碳点在该领域的发展方向进行了展望。

共沉淀法制备纤维素/天然橡胶薄膜及其性能研究

天然橡胶(NR)是一种重要的战略资源,但是其本身力学性能可能无法完全满足应用需求,往往需要使用补强剂对其进行改性。而传统的橡胶工艺严重依赖以石油为基础的材料,如炭黑(CB),对环境污染严重,不利于浅色制品的应用。为响应绿色环保的主题,减轻环境污染,选取绿色可再生的纤维素作为浅色橡胶制品的补强剂是一个应用前景广阔的技术方案。纤维素与天然橡胶的相容性决定了改性材料的性能。本研究使用羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素钠(CMC)和纳米纤维素(CNF)为原料,对天然橡胶薄膜进行改性,旨在显著提升其综合性能。通过对复合薄膜材料进行FT-IR、XPS、力学性能、交联密度、硬度、接触角等表征测试,研究结果表明,这三种纤维素均可以提高天然橡胶的交联密度,HEC对天然橡胶的交联密度提升最大,可达到3.33倍。此外,纤维素与天然橡胶之间形成的氢键连接,对天然橡胶薄膜的力学性能起到了关键作用。HEC/NR复合薄膜的拉伸强度最大,达到36.17 MPa,断裂伸长率达2138.78%。纤维素的加入显著提高了复合薄膜的亲水性,这主要归功于纤维素分子中丰富的羟基。这一发现为改善天然橡胶制品的润湿性和加工性提供了新思路,也为复合薄膜材料在多个领域的应用开辟新的可能性。

醋酸改性核桃壳炭对苯酚吸附性能的研究

为了消除酚类污染物对水体的危害,通过醋酸改性核桃壳制备核桃壳炭吸附剂的方法,研究了所制备的核桃壳炭对苯酚的吸附性能的用量、苯酚浓度、初始溶液pH值和吸附温度对苯酚吸附性能的影响因素,采用红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对所制备的核桃壳炭进行物相结构表征。结果表明,当醋酸为活化剂且质量分数为5%,焙烧温度400℃,2 h条件下制备的5%HAc活化核桃壳炭(400℃,2 h)具有最优的吸附苯酚的性能。该吸附材料具有石墨乱层结构,表面孔隙结构丰富。当核桃壳炭用量为0.2 g,苯酚初始质量浓度为10 mg/L,反应30 min,苯酚吸附率为92.4%。核桃壳炭对苯酚的吸附过程符合拟二级动力学模型,表明了所制备的醋酸改性的核桃壳炭具有优越的吸附苯酚性能,达到了以废治废、以废治污的效果。

木质素基碳纤维力学性能的研究进展

木质素基碳纤维不仅拓宽了工业木质素剩余物的应用领域,而且降低了化工碳纤维的制造成本。为了更好的制备高力学性能木质素基碳纤维。对国内外木质素基碳纤维材料研究成果进行了归纳总结。对高力学性能碳纤维的形成机理、制备方法、微观结构进行分析和总结,然后从影响碳纤维力学性能的分子间成键种类、纤维聚集态、表面微孔、纤维直径等进行归纳,以期为今后高性能木质素基碳纤维制备和机理形成的研究提供参考。

生物基呋喃与甲醇耦合催化热解制备芳烃化合物

为了提高芳烃的选择性产率和减少催化剂的积碳,以生物基呋喃为原料,以甲醇为耦合试剂进行催化共热解,探讨工艺条件对芳烃的选择性产率的影响,同时对其转化路径以及催化剂的积碳进行分析。结果表明:呋喃与甲醇耦合协同催化共热解可以有效的提高芳烃的选择性产率,二者具有明显的协同效应,甲醇的添加促进了甲醇制烯烃(methanol to olefin,MTO)反应、Diels-Alder环加成反应以及苯烷基化反应的发生,高温促使多烷基化合物以及萘及其同系物选择性产率的增加;强酸性促进了甲醇的脱水以及Diels-Alder环加成反应;同时,羰基抑制了呋喃环和烯烃的Diels-Alder反应,而羟基的存在有效的促进了甲苯以及二甲苯的生成,因此,当采用HZSM-5(SiO2/Al2O3=25)为催化剂,当热解温度为500℃,催化温度为550℃,MF∶甲醇=1∶5,物质的进样量为0.2 mL/min时,其芳烃的选择性产率达到99.73%,积碳量达到11.06%,苯、甲苯、二甲苯以及乙苯的总含量达到40.49%,萘及其同系物的含量仅为10.15%,有效的提高了烷基苯的选择性产率。

SnO2-Pt/γ-Al2O3催化葡萄糖制备乳酸甲酯的研究

以γ-Al2O3为载体,采用浸渍法制备了SnO2-Pt/γ-Al2O3催化剂,探讨工艺参数(反应温度、反应时间、催化剂用量)对葡萄糖催化转化制备乳酸甲酯的影响,并对催化剂的重复使用性能以及放大实验进行探索。同时采用扫描电子显微镜(SEM)、X光射线电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等对SnO2-Pt/γ-Al2O3催化剂进行了表征。结果表明:金属Pt和SnO2均匀地分散到γ-Al2O3载体上,催化剂体系同时具有B酸和L酸的分布,比表面积为117.08m^2/g,孔容为0.23cm^3/g,平均孔径为6.54nm,催化活性明显。当葡萄糖为1g、催化剂用量(以葡萄糖质量计)为10%、葡萄糖与甲醇料液比为1∶10(g∶mL)、反应温度220℃、反应10h的条件下,SnO2-Pt/γ-Al2O3表现出较高催化活性,葡萄糖转化率为92.63%,乳酸甲酯选择性高达20.08%,且催化剂表现出良好的重复使用性能和放大稳定性,重复使用3次时,葡萄糖转化率仍达88.43%,乳酸甲酯选择性达19.27%;物料投加量放大10倍时,葡萄糖转化率仍达86.27%,乳酸甲酯选择性达18.71%。

ZnO复合石墨相氮化碳纳米片的制备及其光催化性能研究

为了提高石墨相氮化碳光催化性能,本文以尿素、硫脲、醋酸锌为前驱体,通过氧化热剥离与共混煅烧法分别制备g-C_(3)N_(4)_(2)纳米片和ZnO/g-C_(3)N_(4)_(2)异质结复合材料,并采用TEM、FTIR、XRD、UV-Vis DRS、BET等表征手段对制备的催化剂进行结构表征。以罗丹明、大肠杆菌为探针,考察了催化剂的光催化降解性能和抑菌活性。结果表明:以尿素和硫脲为前驱体,经过氧化热剥离处理后能得到的g-C_(3)N_(4)_(2)D纳米片,其比表面积更大、光催化性能更加优异,且其对罗丹明的降解率较未剥离的g-C_(3)N_(4)_(2)提高了21.2%。在40 min氙灯照射下,纯g-C_(3)N_(4)_(2)并未表现出良好的抑菌性能,而通过ZnO复合制备的ZnO/g-C_(3)N_(4)_(2)异质结复合材料,在光催化降解率和抑菌活性方面均有很大提高,其中复合20%ZnO制得的ZnO异质结复合材料表现出最佳的光催化性能,在60 min氙灯光照下,对质量浓度为10 mg/L的罗丹明溶液降解率达到了91.2%。20%ZnO/g-C_(3)N_(4)_(2)对大肠杆菌表现出优异的抑菌活性,经过40 min氙灯照射后,其对浓度为106cfu/mL菌悬液抗菌率达到100%。石墨相氮化碳可以通过氧化热剥离增大比表面积,然后再与金属氧化物ZnO复合,通过减小禁带宽度,扩大可见光的利用范围,从而达到提高光催化性能的目的。

新型MOF@木材复合材料的制备及其染料吸附和阻燃性能研究

金属-有机骨架(MOF)晶体的实际应用通常受其粉末形态的限制。将天然轻木作为基体负载MOF颗粒,采用简便通用的生长策略成功制备了一系列新型MOF@木材(MOF=UiO-66,ZIF-8和ZIF-67)复合材料,并系统研究了其微观结构、阻燃性能及其对亚甲基蓝(MB)染料的吸附行为。研究结果表明,不同晶粒尺寸和形貌的MOF引入木材基体后,大量均匀分布在木材支架内的管腔表面并保持了其结晶度。其中,ZIF-8@木材具有更加优异的MB吸附能力,对MB的去除率为82.5%,最大吸附量可达210.9 mg·g_(-1)。吸附过程符合伪二阶动力学模型,说明MOF@木材对MB的吸附主要为化学吸附。此外,UiO-66的掺入对木材基体早期热稳定性和炭层形成的影响优于ZIFs。相比于天然木材,UiO-66@木材的热释放峰值(PHRR)由94.5 W·g_(-1)急剧降至36.5 W·g_(-1),总热释放量(THR)从7.7 kJ·g_(-1)下降到5.4 kJ·g_(-1)。同时,在800℃的炭化率显著提高了84.8%。本研究为设计和构筑功能化MOF@木材复合材料提供了新的途径,可能促进其在环境和绿色建筑等领域的应用。

纤维素热解气催化提质制备呋喃类化合物研究

采用共沉淀法合成了MnCo2O4催化剂,并采用水热法合成了氧化锰八面体分子筛(OMS-2)催化剂,与NaY分子筛催化纤维素热解效果对比后对NaY进一步改性,采用浸渍法制备了Co/NaY、Sn/NaY以及Co-Sn/NaY,并研究了所制备催化剂对纤维素热解气催化重整制备呋喃类化合物的影响。采用氮气吸附-脱附、X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜显微镜(SEM)和氨气吸附-脱附法(NH3-TPD)对催化剂进行表征。实验结果表明:金属Co、Sn分散在NaY表面,且没有改变NaY的晶体结构和形貌;负载后催化剂的比表面积和孔容减小,平均孔径增大,且比表面积远大于MnCo2O4、OMS-2;负载Sn几乎不改变NaY分子筛的酸性位点,而Co会减少酸性位点。几种催化剂的加入均促进了醇类、酸类、醛类的生成,抑制了糖类的生成。在纤维素与催化剂的质量比为1∶14的条件下,NaY和Co/NaY均能够显著提高呋喃类化合物质量分数,从未添加催化剂的15.34%分别提高到了48.16%和61.88%,金属负载NaY催化剂均促进了呋喃酮的生成,抑制了呋喃的产生。

石墨烯改性椰壳活性炭复合材料的制备及其电化学性能研究

以椰壳为原料,水蒸气活化法制备了椰壳活性炭(AC),并以乙醇和水作为溶剂,采用水热法将AC与石墨烯(GR)按质量比90∶0、90∶5、90∶54、90∶90和54∶90复合,将制得的复合材料(GAC1~GAC5)作为电极应用于超级电容器。通过氮气吸脱附、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)方法表征了活性炭的孔结构和表面形貌;采用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)方法分析比较不同复合比例下超级电容器电极材料的性能。实验结果表明:在炭化温度800℃,活化温度900℃及活化时间1.5 h的条件下制备的椰壳活性炭比表面积为2482 m^2/g,其孔径主要分布在2~4 nm,孔容可达1.33 cm^3/g,在6 mol/L KOH电解液中比电容为85 F/g,石墨烯改性的复合材料GAC-5作为电极材料具有优异的电化学性能,在电流密度1 A/g时比电容可达186 F/g。