新的催化過程從微藻油生產可再生柴油

    由德國慕尼黑工業(yè)大學約翰內斯Lercher博士暨太平洋西北國家實驗室綜合催化研究所主任領導的團隊于近日宣布，推出了一個新的催化過程，可允許在緩和的條件下從微藻油有效地轉化為柴油范圍的烷烴。該研究成果已發(fā)表在《應用化學雜志（journal Angewandte Chemie）》上。

    植物油有希望成為生產生物燃料的起始原料。微藻在這方面是有吸引力的原料資源，因為它們具有高甘油三酯含量（可高達60wt%）；有快速的生長速率，比地面油料作物，如大豆和油菜籽生長速率快10-200倍；并且不直接與人爭糧和競爭石油生產。目前有三種方法可用于微藻油的煉制。

    甘油三酯和醇類酯交換成為脂肪酸烷基酯（FAAEs）和甘油，即，第一代生物柴油。然而，這樣的酯類，具有相對較高的氧含量，在低溫和流動性差，限制了其應用為高品位燃料。

    傳統(tǒng)的加氫催化劑，如硫化NiMo和CoMo，可用于改質。然而，這些硫化物催化劑通過硫浸出而使產品受到污染，并且因為它從表面上被去除而發(fā)生減活。

    負載的貴金屬和堿金屬催化劑在300-330°C下可應用于羧酸脫羧和脫羰成為烷烴。然而，這些催化劑對C15-C18烷烴呈現(xiàn)低的活性和選擇性。使用無硫的催化劑用于微藻油改質尚未見報道。

    在此，該研究團隊首次報告了一種新的和可擴展的催化劑，就是將Ni負載在沸石Hbeta上，從而可在緩和的條件（260°C時，40巴H2）下定量地將粗微藻油轉化成柴油范圍的烷烴，作為高品位的第二代運輸生物燃料。

    研究中的微藻油總組成為不飽和C18脂肪酸（88.4%），飽和C18脂肪酸（4.4wt%），以及一些其他的C14、C16、C20、C22和C24脂肪酸（7.1wt%）。研究人員直接在批處理模式下，采用10%Ni/HBeta（Si/Al=180），在260°C和40巴H2下，使微藻油直接進行加氫處理，8小時后，他們獲得78%產率的液體烷烴，含有60wt%C18十八烷，非常接近于理論的最大液體烴收率84wt%。丙烷（3.6wt%）和甲烷（0.6%）是氣相的主要產品。

    反應機制的分析表明，這是一個級聯(lián)反應。甘油三酯的不飽和脂肪酸鏈的雙鍵被氫飽和。在最后一步，脂肪酸中的酸基團逐步還原成相應的烷烴。

    總之，研究已經表明，通過藉助于基于Ni和酸性沸石雙功能催化劑的級聯(lián)反應，微藻油可近定量地被加氫脫氧成為烷烴。Ni可有效地催化脂肪酸酯的氫解，羰醛間的脫羧化，以及使反應物和中間體中的-COOH，-CHO和C=C雙鍵進行加氫。這種酸功能可催化醇中間體的脫水，以及烷烴產品的加氫異構化和加氫裂化。

    該方法為大規(guī)模從微藻生產無硫高檔次的綠色運輸燃料開拓了新的可能性。

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