【文献解读】Appl. Catal. B 疏水性酸性树脂高效催化木质纤维素原料共转化制备高密度燃料混合物

01

背景介绍

由木质纤维素转化制备高密度燃料可以缓解炭排放，并且可以丰富高密度燃料种类和来源。然而，当前木质纤维素高密度燃料合成还局限在单一原料合成种类简单的高密度燃料。简单组分高密度燃料受本身结构性质限制，很难突破性质壁垒导致燃料性质受限，或高密度或低冰点，使得全性能高密度燃料合成成为挑战。目前，要想得到同是兼具高密度和低冰点的高密度燃料通常要通过复配，结合各组分的性质优势得到同时具有高密度和低冰点的高密度燃料。基于此，天津大学邹吉军教授和青岛科技大学于世涛教授发展了一种多组分高密度燃料的直接制备方法（图1）。

02

图文解读

通过共聚法和离子交换制备出疏水性全氟磺酸树脂为催化剂，以木质纤维素衍生的多组分混合物为原料，通过一锅多种C-C偶联反应得到多种偶联产物的混合物，然后再加氢脱氧可以得到高密度燃料混合物。生物质衍生物含氧，在反应过程中脱水容易导致催化剂中毒，而作者采用超疏水的全氟磺酸树脂可以规避水的影响。作者以生物质高密度燃料合成中常用的两种典型反应（烷基化反应、羟醛缩合反应）和经典反应物（酚类、环醇、环酮）为例，详细讨论了催化剂酸强度、酸量、酸密度、表面积和孔容等对反应产物收率的影响，发现相较于其它催化剂，全氟磺酸树脂的高活性在于其超疏水性、强酸性、大酸量、高酸密度、大表面积和较好的传质能力（图2）。此催化剂对多种生物质衍生物的C-C偶联反应具有很强的普适性，由于其超疏水性和强酸性，相较于文献同种反应活性较高。

图1木质纤维素高密度燃料混合物前体一锅合成

图2R-1上的水滴接触角(A), R-1的³¹P核磁共振谱(B), 催化剂氮气吸附等温线(C), R-x催化剂上环酮醛缩合产物的产率与酸中心浓度(C)、表面积 (D)和酸中心密度(E)的关系。

作者对得到的C-C偶联反应产物进行加氢脱氧和简单蒸馏，得到一系列燃料混合物（表1）。由表1，燃料混合物的密度明显比单一燃料组分密度高，这主要是结合了三环组分高密度的优势。此外，混合燃料的低温性质相对较好，这主要得益于其中的二环和非对称性结构组分燃料（如环戊基环己烷，冰点小于-75℃）的良好低温性质优势。由此，以木质纤维素衍生混合物为原料直接制备高密度燃料是一种简化操作并且提升燃料性质的方法。

表 1 燃料性质

详细制备和反应信息以及催化剂构效关系请详见原文。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120181

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