临氢水热体系纤维素一步高效转化为液体烃燃料的基础研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21878290
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    65.0万
  • 负责人：
    陈伦刚
  • 依托单位：
    东南大学
  • 学科分类：
    B0811.生物质转化与轻工制造
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Compared to fossil hydrocarbon fuels, biomass hydrocarbon fuels have the characteristics with renewable and sustainable development. During use of biomass hydrocarbon fuels, the environment impact is relatively small. Furthermore, biomass hydrocarbon fuels can supplement fossil hydrocarbon fuels used for high-performance fuels in the transportation. Therefore, it is great significant to develop biomass hydrocarbon fuels from biomass in terms of revolution and strategy of transportation energy. This project focuses on new ways and conversion processes of cellulose transformation to hydrocarbon fuels. For cellulose hydrophilic, highly regular structure and functional characteristics, the acidic hydrothermal systems and metal-acid multifunctional catalysis are performed to couple the hydrogenation-depolymerization of cellulose and hydrodeoxygenation of sugar alcohols to achieve new ways and means on the one-step conversion of.concellulose to C6 alkanes. By design of metal-acid multifunctional catalytic material, the synergistic catalysis from free H+ and actived H can promote the breaking of β-1,4 glycosidic bonds of cellulose and cleavage of C-O bonds of sorbitol. At the same time, to facilitate the dynamic process of sugar alcohol hydrodeoxygenation, the pore structure and surface functionality on the multifunctional catalytic materials will be regulated. By this way, the way of hydrodeoxygenation mechanism is adjusted to reduce the activation energy of hydrodeoxygenation. In this project, the depolymerization and deoxygenation of cellulose are promoted by adjusting of catalytic way and strengthening of kinetic behavior. It provide a theoretical basis for the technologic development of the efficient conversion of lignocellulose to liquid hydrocarbon fuels.
相对化石烃燃料而言，生物质烃燃料具有可再生性和可持续性发展的特点，使用过程对环境的影响相对较小，可以补充化石烃燃料用于交通用的高性能燃油。因此，发展生物质路线制取烃燃料具有很大的能源变革意义与战略意义。本项目主要研究纤维素一步转化为液体烃燃料的新途径及过程。针对纤维素亲水、结构高度规律性及功能性的特点，提出在酸性水热体系中采用金属-酸多功能催化，耦合纤维素解聚和糖醇加氢脱氧两个过程实现纤维素一步转化为C6烷烃的新途径和方法。设计的金属-酸多功能催化材料，可通过自由H+与活性H的协同作用来促进β-1,4糖苷键的断裂和山梨醇的C-O键断裂，同时通过催化材料的孔道结构与表面功能性的设计来促进糖醇加氢脱氧过程的动力学行为，调控山梨醇的加氢脱氧途径来降低反应活化能。从催化作用方式及动力学行为上促进纤维素的解聚与脱氧，为木质纤维素高效转化为液体烃燃料的技术及发展提供理论基础。

结项摘要

相对传统石化燃料而言，生物质液体燃料具有低碳属性和可再生性的特点，使用过程对环境的影响相对较小，可以作为传统动力燃料的补充，用于内燃机的高性能燃油。因此，研究生物质路线制取液体燃料对于交通领域的低碳燃料发展具有重要意义。.本项目研究了金属-酸催化剂在临氢水热环境下催化纤维素及其衍生物转化为C5/C6烷烃和醇醚燃料的反应过程和催化剂性能。研究了无机酸、固体酸与金属Ru、Ni和Ir等催化剂协同催化纤维素及其衍生物的水解、氢解及脱氧过程，实现C5/C6烷烃、2-丁醇、2-甲基四氢呋喃的生成。考察了催化剂对玉米秸秆等天然生物质一锅法制备液体烃燃料的催化性能。.对于纤维素的转化，Ru/C催化剂耦合层状化合物LiNbMoO6和磷酸的催化过程、己烷产率达72%，中间产物异山梨醇的活化是该过程的决速步骤。当玉米秸秆为原料，C5/C6烷烃产率可达82.6%。Ir-WOx/SiO2耦合HZSM-5的催化过程，纤维素转化为C5/C6烷烃的产率达92.8%。对于纤维素衍生物乙酰丙酸的转化，NiMn/γ-Al2O3和NiCo/γ-Al2O3催化剂中得Mn和Co助剂决定了乙酰丙酸选择性加氢脱氧的产物。其中Ni3.75Mn15/γ-Al2O3催化剂上可获得85.4%的2-丁醇产、Ni5Co25/γ-Al2O3催化剂上可获得73.4%的2-甲基四氢呋喃产率。催化剂表征结果表明催化剂具有较强的路易斯酸性是乙酰丙酸高选择性脱氧生成2-丁醇的关键原因。不同的NiCo比例使催化剂表面具有不同电子价态的金属和酸性，导致了2-甲基四氢呋喃的生成。.本项目在临氢水热转化方法和金属-酸耦合催化剂方面的研究成果，为生物质催化转化制备醇、醚、烃液体燃料提供了一条新的催化途径，为生物质制备低碳液体燃料的催化剂研制提供了基础理论认识，有利于促进未来可再生液体燃料技术的发展。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（0）
科研奖励数量（2）
会议论文数量（1）
专利数量（4）
In Situ Synthesis of Cu Nanoparticles on Carbon for Highly Selective Hydrogenation of Furfural to Furfuryl Alcohol by Using Pomelo Peel as the Carbon Source
以柚皮为碳源原位合成碳载铜纳米粒子用于糠醛高选择性加氢制糠醇
  • DOI：
    10.1021/acssuschemeng.0c03505
  • 发表时间：
    2020-08
  • 期刊：
    ACS Sustainable Chemistry and Engineering
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Wang Chenguang;Liu Yong;Cui Zhibing;Yu Xiaohu;Zhang Xinghua;Li Yuping;Zhang Qi;Chen Lungang;Ma Longlong
  • 通讯作者：
    Ma Longlong
木质纤维素解聚平台分子催化合成航油技术的进展
  • DOI：
    10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0984
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    化工进展
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈伦刚;张兴华;张琦;王晨光;马隆龙
  • 通讯作者：
    马隆龙
Tungsten oxide decorated silica-supported iridium catalysts combined with HZSM-5 toward the selective conversion of cellulose to C6 alkanes
氧化钨修饰二氧化硅负载铱催化剂与 HZSM-5 结合用于纤维素选择性转化为 C6 烷烃
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2021.126403
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Li Song;Lele Jin;Haiyong Wang;Xiangqian Wei;Wenzhi Li;Longlong Ma;Xinghua Zhang;Lungang Chen;Longlong Ma;Qi Zhang
  • 通讯作者：
    Qi Zhang
One-pot conversion of biomass-derived levulinic acid to furanic biofuel 2-methyltetrahydrofuran over bimetallic NiCo/?-Al2O3 catalysts
双金属 NiCo/γ-Al2O3 催化剂将生物质衍生的乙酰丙酸一锅转化为呋喃生物燃料 2-甲基四氢呋喃
  • DOI：
    10.1016/j.mcat.2022.112317
  • 发表时间：
    2022-04-23
  • 期刊：
    MOLECULAR CATALYSIS
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Gu, Canshuo;Chen, Lungang;Ma, Longlong
  • 通讯作者：
    Ma, Longlong
Insight into the direct conversion of syngas toward aromatics over the Cu promoter Fe-zeolite tandem catalyst
深入了解通过铜促进剂铁-沸石串联催化剂将合成气直接转化为芳烃
  • DOI：
    10.1016/j.fuel.2022.125855
  • 发表时间：
    2023
  • 期刊：
    Fuel
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Chengyan Wen;Ke Jin;Luying Lu;Qian Jiang;Jingcheng Wu;Xiuzheng Zhuang;Xinghua Zhang;Lungang Chen;Chenguang Wang;Longlong Ma
  • 通讯作者：
    Longlong Ma

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其他文献

国外生物液体燃料发展和示范工程综述及其启示
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    农业工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈伦刚;赵聪;张浅;李茜;李宇萍;张兴华;王晨光;张琦;马隆龙
  • 通讯作者：
    马隆龙
羧酸加氢反应机理及催化剂的研究进展
  • DOI：
    10.16084/j.cnki.issn1001-3555.2017.03.001
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    分子催化
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈伦刚;张兴华;刘琪英;张琦;王铁军;王晨光;马隆龙
  • 通讯作者：
    马隆龙
木质素基酚类化合物加氢脱氧制取碳氢燃料
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    化学进展
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张兴华;陈伦刚;张琦;龙金星;王铁军;马隆龙
  • 通讯作者：
    马隆龙
水相催化中负载Ru催化剂对羧酸C-C键断裂的催化机理
  • DOI：
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    分子催化
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈伦刚;李宇萍;张兴华;郑宏岩;张成华;王铁军;马隆龙
  • 通讯作者：
    马隆龙
br class=MsoNormal One-pot aqueous phase catalytic conversion of sorbitol to gasoline over Ni-base catalysts
镍基催化剂一锅水相催化山梨醇制汽油
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Energy Conversion and Management
  • 影响因子：
    10.4
  • 作者：
    翁育靖;仇松柏;徐莹;陈伦刚;张琦;马隆龙;王铁军
  • 通讯作者：
    王铁军

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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