大气压冷等离子体提高乙醇转化率的实验参数优化研究

以酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为研究对象,研究大气压冷等离子体激活酿酒酵母提高乙醇转化率的工艺条件。在单因素实验基础上,选取等离子体处理时间、等离子体电源电压和处理菌液体积为影响因子,以乙醇转化率为响应值,应用Box-Behnken中心组合实验建立数学模型,进行响应面分析。结果表明,大气压冷等离子体提高乙醇转化率的最佳实验参数为:处理时间1 min,电源电压24 V,处理菌液体积9 mL。在此条件下,乙醇转化率达到0.58 g/g,比未处理过的酿酒酵母发酵葡萄糖生成乙醇的转化率高23.6%。

丙烯酸乙酯装置乙醇转化率异常波动原因分析

通过调整反应温度、反应空速、醇酸摩尔比,检测催化剂效能参数,查对反应器结构等方法,分析了乙醇转化率异常波动的原因。结果表明,反应器内催化剂床层下部栅格网由于受丙烯酸腐蚀和物料长期冲刷,造成局部破损,物料出现偏流,导致酯化反应不稳定,乙醇转化率异常波动。

Beta晶粒大小对乙醇转化制丙烯反应中Y-CeO_(2)/Beta催化剂催化性能的影响

采用浸渍法合成了Beta晶粒尺寸分别为27 nm、53 nm和106 nm的Y-CeO_(2)/Beta负载型催化剂,通过XRD、低温N_(2)吸附、NH_(3)-TPD和CO_(2)-TPD表征手段对催化剂的物化性质进行表征。考察了Beta沸石晶粒大小对Y-CeO_(2)/Beta催化剂在乙醇转化制丙烯反应中催化性能的影响,丙烯得率随Beta晶粒尺寸增大而减小。Y-CeO_(2)与不同晶粒大小的Beta沸石复合后,都能显著促进异丙醇脱水生成丙烯,而且促进作用相当。随着Beta沸石晶粒尺寸增大,由于与沸石骨架部分结合的Al原子减少,即MPV反应活性位减少,导致Beta沸石的MPV反应活性下降,从而使得Beta沸石对丙酮经乙醇MPV还原转化为异丙醇的促进作用也逐渐下降,不利于丙酮中间体转化为丙烯,这就是Y-CeO_(2)/Beta催化剂的丙烯得率随Beta晶粒尺寸增大而减小的原因。

盐地碱蓬作为生物乙醇转化原料的优势比较

以盐地植物碱蓬为对象,分别从纤维多糖含量、酸解酶解效果、还原糖乙醇转化效率等方面,与玉米秸秆、芦苇、浒苔、海带渣等进行了优势比较研究。目的是希望将其作为转化生物乙醇的廉价原料进行开发利用。结果显示:碱蓬样品的纤维素和半纤维素含量丰富,其中纤维素含量高达37.4%,总多糖含量高达78.2%,均高于玉米秸秆、芦苇、浒苔、海带渣等植物;在相同处理条件下,碱蓬样品酶解前后的还原糖浓度增加了25.6 mg·mL^-1,远高于其它试验植物;乙醇发酵结果初步显示,碱蓬降解糖液的乙醇产率为1.06%,高于玉米秸秆对照的0.71%。本研究表明:盐地植物碱蓬纤维素含量高,酸处理效果好,还原糖降解率和乙醇转化率较高,是替代常规农田作物秸秆转化生物乙醇的良好盐碱植物原料,具有较高的开发价值。

超高选择性CO_(2)光还原为乙醇的CuNi异核双原子催化剂的精准设计

利用光催化还原技术将CO_(2)定向转化为乙醇(CO_(2)-乙醇)是解决日益严重的环境污染和能源危机的理想途径之一.然而,CO_(2)分子的高化学惰性以及C-C耦合反应的高化学能垒导致目前CO_(2)-乙醇转化反应的产率和选择性较低.因此,设计构建能够快速活化CO_(2)分子并同时促进C-C耦合的光催化材料具有重要研究意义.尽管已有研究表明,Cu+物种在促进C-C耦合方面具有一定优势,但其在催化反应过程中的不稳定性限制了其实际应用.基于上述认识,本文通过理论模拟预测发现,相比于Cu单原子,CuNi异核双原子(CuNi HDAs)不仅在CO_(2)活化及C-C耦合方面更具优势,而且能够有效锚定并固化Cu+物种.因此,本文设计了一种三步合成策略,精准地将Cu单原子锚定在(Ni,Zr)-UiO-66-NH2材料的Ni位上,合成了以CuNi HDAs为活性位点的Cu-(Ni,Zr)-UiO-66-NH2光催化材料.在可见光照射下,Cu-(Ni,Zr)-UiO-66-NH2表现出较好的催化CO_(2)-乙醇转化活性,其乙醇的产率和选择性分别达到~3218μmol·gCu^(-1)·h^(-1)和97.3%.光谱分析和密度泛函理论计算结果表明,Cu-(Ni,Zr)-UiO-66-NH2材料较好的光催化性能来源于CuNi HDAs特殊的电子结构.首先,CuNi HDAs通过CuNi-O界面化学键与吸光组分(Ni,Zr)-UiO-66-NH2相连,利用界面Cu-Ni-O键作为快速电子传输通道,CuNi HDAs能够富集到足够的光生电子用于涉及12电子的CO_(2)-乙醇转化反应,使得乙醇产率大幅提升.其次,Cu,Ni和O三种原子由于电子亲核能的差异,导致CuNi HDAs的电子分布呈现不对称性.这种不对称的电子结构能有效诱导CO_(2)分子的极化,打破其结构的对称性,从而显著降低CO_(2)分子的活化能.再次,相比于Cu单原子,CuNi HDAs对*CO中间体的吸附能力更强,这不仅增强了活性位点表面*CO中间体的覆盖度,还抑制CO的生成,为C-C耦合创造了充分条件.最后,由于Cu-Ni双活性位电子密度的差异,CuNi HDAs表面的C-C耦合反应势能较低,有利于*OCCHO中间体的快速生成,从而使乙醇产物的选择性大幅提升.综上,本文以理论计算模拟为指导,以UiO-66-NH2材料为基底,成功设计并制备了一种具有不对称电子结构的CuNi HDAs光催化材料,实现了高选择性CO_(2)光还原为乙醇.研究表明,CuNi HDAs的不对称结构在促进分子活化和降低C-C耦合反应能垒中起关键作用,同时促进了光生电子在CuNi HDAs活性位的富集.本文的研究结果为在原子尺度上设计并合成高性能的CO_(2)还原光催化剂提供了实验和理论参考.

大连理工大学的乙醇制丁二烯催化剂研究获进展

近日,大连理工大学的研究团队开发了Co-YPO 4双功能催化剂,通过Co—O—P键合作用稳定Co^(2+)物种,钴和钇协同催化乙醇选择性生成丁二烯。在乙醇空速1.0 h-1和350℃反应条件下,乙醇转化率为78.2%,丁二烯选择性为68.5%。相关研究成果发表于《催化学报》。

大连理工乙醇制丁二烯催化剂研究获进展

近日,大连理工大学研究团队开发出Co-YPO_(4)双功能催化剂,通过Co—O—P键合作用稳定Co^(2+)物种,钴和钇协同催化乙醇,选择性生成丁二烯。在乙醇空速为1.0 h^(-1)、反应温度为350℃的条件下,乙醇转化率78.2%,丁二烯选择性68.5%。

碱性亚硫酸盐耦合低压蒸汽预处理对慈竹转化乙醇得率的影响

慈竹是转化生物质燃料及化学品的理想原料之一。笔者采用优化的碱性亚硫酸盐耦合低压蒸汽爆破(ALS-SE)"一步法"对原料慈竹进行预处理,在脱除木质素的同时,降低碳水化合物的降解,提高转化乙醇的效率。红外光谱分析表明,ALS-SE预处理液体中含有木素磺酸盐,将其回收用作表面活性剂加入同步糖化发酵试验中,能有效降低木质素对酶的无效吸附,改善发酵效率。试验分别研究对比了底物质量分数5%和10%,纤维素酶用量18 U/g-纤维素和24 U/g-纤维素以及ALS-SE预处理液对慈竹转化乙醇的影响。结果表明,"一步法"预处理慈竹可以显著地提高乙醇得率:底物质量分数5%、纤维素酶用量18 U/g-纤维素时"一步法"预处理慈竹乙醇得率达到其理论得率的6322%,相比原料慈竹和低压蒸汽爆破,慈竹的乙醇得率分别提高了118倍和062倍;提高底物质量分数为10%,纤维素酶用量为24 U/g-纤维素,其乙醇得率提高到8214%,加入ALS-SE预处理液体时乙醇得率进一步提高到8529%,同时降低了发酵副反应的发生。

CuCeZr催化乙醇脱氢制备乙酸乙酯

乙醇作为一种重要的低碳平台分子,其下游转化制备高附加值化学品相关研究备受关注,其中乙醇脱氢法制备乙酸乙酯是一条具有竞争力的反应路线。利用共沉淀法合成了系列CuCeZr催化剂,考察共沉淀pH值对乙醇脱氢制备乙酸乙酯催化性能的影响,考察并优化反应温度、反应压力和空速等反应条件。结果表明,当沉淀pH=12时,CuCeZr催化剂的催化性能最优。在最佳条件95%乙醇水溶液为原料、进料速率0.1 mL·min-1、反应温度240℃、反应压力1.0 MPa和无载气时,乙醇转化率与乙酸乙酯选择性分别达45.6%和80.6%。催化剂连续250 h稳定运行,表明该催化剂具有良好的催化稳定性。

对乙醇偶合制备C4烯烃的分析

为提高C4烯烃的产量,建立了乙醇偶合制备C4烯烃效率的数学模型。基于催化剂组合和温度对C4烯烃收率影响的实验数据,利用Python对催化剂组合中的Co负载量、Co/SiO_(2)和HAP装料比、乙醇浓度进行分析,建立决策树模型,得到C4烯烃收率的最优决策;设计较完善的方案,验证催化剂组合与温度对C4烯烃收率的影响。模型分析结果表明C4烯烃的选择性在以HAP为载体、Co/SiO2和HAP装料比1∶1且温度为325~400℃时可达到峰值,并在反应时间达到200 min时,C4烯烃的收率趋于平缓。该模型为进一步提高C4烯烃的产量提供了参考。

Zn-Zr-Al氧化物催化乙醇合成碳酸二乙酯（英文）

乙醇作为一种重要的可再生平台化学品,其高值转化已引起研究者的广泛关注.碳酸二乙酯(DEC)是乙醇转化的重要衍生物,作为合成中间体、绿色溶剂和燃油添加剂,具有低毒、无污染的优点.目前,以乙醇为底物合成DEC主要有以下方法:光气法、氧化羰基化法、酯交换法和尿素醇解法.其中,尿素醇解法因成本低、操作简便、产物易分离等优点而备受关注,包括两个连续过程:乙醇和尿素反应生成中间体氨基甲酸乙酯(EC), EC与乙醇进一步反应生成DEC.本文采用水滑石(Zn_2Zr_xAl-LDH)为前体,经结构拓扑转变制备了一系列酸碱双功能金属氧化物催化剂(Zn_2Zr_xAl-MMO),用于催化乙醇合成DEC.通过改变LDHs前体元素比例调控氧化物的酸碱性质和催化性能,最优催化剂Zn_2Zr_(0.1)Al-MMO对产物DEC产率达到42.1%,为目前报道的金属氧化物催化剂的最高产率.CO_2-TPD和NH_3-TPD结果表明,随着Zr含量的增加,催化剂的总碱性位点(BTOTAL)和总酸性位点(ATOTAL)浓度呈现先增加后减少的趋势,其中以Zn_2Zr_(0.1)Al-MMO样品最大,表明Zr对调节Zn_2Zr_xAl-MMO催化剂酸碱性质起到了关键作用.研究发现, Zn_2Zr_(0.1)Al-MMO催化剂样品具有最大浓度的中强碱位点(BM)和弱酸位点(AW).为了揭示构效关系,进一步研究了DEC产率与催化剂酸碱位点浓度的函数关系.结果表明, DEC产率与中强碱位点(BM)或弱酸位点(AW)的浓度呈现正相关性;而且中强碱位点和弱酸位点之间的协同作用对提升催化性能有重要贡献.与目标催化剂相比,对照样品Zn_2Al-MMO表现出较高的EC产率(54.7%)和较低的DEC产率(28.3%),表明目标催化剂中的ZrO_2组分能够有效活化中间产物EC,促使其进一步转化为DEC.此外, ZrO_2和Al_2O_3均显示出较高的EC产率(68.0%和81.2%),但DEC产率(8.7%和5.3%)较低,说明目标催化剂中的ZnO组分能有效活化乙醇分子,消耗生成的中间体EC.原位红外结果证实, ZrO_2提供的弱酸性位点促进了尿素和中间产物EC的活化吸附,在2207 cm^(-1)处观察到nN(28)C(28)O特征吸附峰;而乙醇在中强碱性位点(Zn_2(10)-O^(2-))活化,在2973, 2925, 2900,1078和1052 cm^(-1)处观察到乙醇的特征吸收峰.此外, Zn_2Zr_(0.1)Al-MMO催化剂表现出良好的稳定性和可重复使用性,循环使用5次后, DEC产率损失低于5%.

不同杀菌剂对能源甜菜乙醇发酵的效果

为了进一步提高能源甜菜发酵乙醇的转化率,采用3种杀菌剂对发酵底物进行试验。结果表明:与对照相比,分别使用漂白粉、甲醛和五氯苯酚钠3种杀菌剂后发酵效果均有提高,且3种杀菌剂均为水平2效果最好。3种杀菌剂的发酵效果顺序为:五氯苯酚钠>甲醛>漂白粉,采用发酵前利用0.004%五氯苯酚钠50℃处理30min。4种处理发酵前后pH的变化幅度依次为:空白(CK)>甲醛>五氯苯酚钠>漂白粉,但根据乙醇转化率的高低确定使用五氯苯酚钠作为杀菌剂。

固定化酵母对能源甜菜乙醇发酵效果研究

为了提高酵母菌细胞的利用率和减少杂菌污染,采用固定化酵母的方法进行连续发酵。本研究采用海藻酸盐作为包埋剂进行ADY酵母固定化,结果表明:固定化后的ADY菌种用量为15%时,乙醇转化率最高,其他水平时均有所下降。酵母ADY固定化后的发酵效果优于未固定的同一菌种的发酵效果,且达显著水平。因此,利用包埋法进行酵母菌固定化效果较好,可连续多批次进行发酵试验。

纤维乙醇预处理工艺筛选

当前,环境与发展问题受到国际社会的普遍关注,石油资源的日益短缺以及油品燃烧对环境造成的污染已成为许多国家调整能源政策的出发点,燃料乙醇是当前可行性最高的液体燃料替代方案。纤维质燃料乙醇是目前世界各国研究开发的主要方向,但是在其产业化的进程中还存在很多问题,尤其是预处理工艺,对纤维乙醇的综合成本及环境效益有着巨大的影响,本文,笔者通过对几种常见预处理工艺进行研究、分析。

工业乙醇下游产品技术研究进展

综述了工业乙醇产业链下游的主要合成技术研究进展,以及作为燃料乙醇调和汽油产品的研究进展。乙醇作为一种重要的C2平台化合物,可通过氧化反应、醚化反应、脱水反应、酯化反应、烷基化反应以及与汽油调和等延伸出多种化工品,随着我国工业乙醇合成技术的突破以及工业装置的规划和逐步投产,其下游产品技术更有广阔的应用前景。乙醇下游产品技术的丰富和不断成熟,也将推动煤基乙醇产业的进一步发展。

模型反应表征长链烷烃异构化催化剂的研究 Ⅰ.乙醇在载体上的脱水反应

以氧化铝(Al2O3)、ZSM-5、Beta和SAPO-11分子筛粉体为原料制备出不同的载体,在不同温度下考察了探针分子乙醇脱水转化反应.根据NH3-TPD方法测定载体的酸量和酸分布,以及载体负载贵金属Pt后C14～24长链烷烃异构化评价结果,探讨了载体表面酸、乙醇转化和异构化性能三者之间的关系.结果表明,载体表面酸与乙醇转化和异构化性能没有直接的关系,但乙醇转化和异构化性能之间有一定关联.载体上乙醇转化的稳定性较差、乙烯选择性低,则对应的贵金属催化剂异构化性能也较差;乙烯选择性高且稳定性好,可制备出性能优异的异构化催化剂.因此,作者提出区分固体酸的酸性和酸性质的必要性.酸性包含酸量、酸强度及分布等概念,酸性质指酸中心在催化反应中的行为,简称为酸功能.前者可由常规的表面酸方法表征,后者只能在反应条件下获得.数据表明了临氢异构化剂的酸功能可以采用乙醇转化反应进行表征.用乙醇转化作为模型反应表征载体的酸作用行为即酸功能,可以为异构催化剂载体的选择提供指导.

基于RBF神经网络模型的乙醇偶合制备C4烯烃的工艺条件分析

C_(4)烯烃作为一种常见的化学材料,被广泛用于生产医药化学品和中间体。在制备C_(4)烯烃的过程中,催化剂组合和温度会影响C_(4)烯烃的选择性和产量。因此,探索制备乙醇偶合C_(4)烯烃的工艺条件具有其重要意义和价值。在这项工作中,根据2021年全国大学生数学建模竞赛问题B中提供的不同催化剂组合和温度的实验基准数据,建立RBF神经网络模型,研究催化剂组合成分和温度对乙醇转化和C_(4)烯烃选择性的影响程度。结果显示,温度对C_(4)烯烃选择性具有强相关性,Co/SiO_(2)和HAP质量对C_(4)烯烃选择性的影响基本相同,Co负载对C_(4)烯烃选择性的影响比乙醇转化率略大,而乙醇进料在C_(4)烯烃选择性与乙醇转化率之间的关联性较弱。

乙醇催化偶合制备C_(4)烯烃的优化模型

文章以乙醇作为原料,通过在催化剂不同组合及温度条件的影响下,探索乙醇催化偶合制备C_(4)烯烃的最佳工艺条件.利用MATLAB、Excel及SPSS软件对数据进行处理,拟合出催化剂组合在不同温度下与乙醇转化率及C_(4)烯烃的选择性关系,从而建立数学模型.采用控制变量法,对于催化剂不同组合中Co/SiO_(2)和HAP装料比与乙醇转化率、C_(4)烯烃的选择性之间的相关性进行分析.利用优化模型,从而使C_(4)烯烃收率尽可能高.利用对照实验矩阵对不同实验组合进行交叉对比,并找到各组实验数据的对比组,对于缺失对照组的数据实验组提出新的实验设计.

乙醇偶合制备C4烯烃的统计分析与建模

根据2021年“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛B题所给的数据,对乙醇转化率、C4烯烃的选择性进行了探索性数据分析,分析了催化剂组合与温度对乙醇转化率、C4烯烃的选择性的影响,并采用多元线性回归模型和Logit变换回归模型对实验数据进行统计分析和探究,给出了“乙醇偶合制备C4烯烃”赛题的具体可行性解法及对参赛论文的简评.

油污地甜高粱茎秆汁液制取酒精的试验研究

采用正交试验的方法,以辽宁沈抚污灌区栽种的甜高粱茎秆为试材,研究了氮、钾、镁营养盐填加量 对酒精产率的影响,确定了甜高粱发酵酒精的适宜工艺。结果表明,在油污地栽种的甜高粱可用来发酵生产酒 精;在发酵液中添加0．5%的磷酸二氢钾,0．05％的硫酸铵,0．05％的硫酸镁,5-6 h后可得到较高的酒精产率(可 达理论产率的93％)。