佐治亚理工学院 树木是纤维素、半纤维素和木质素的来源
一种将木质素生物油升级为碳氢化合物的新工艺有助于扩大木质素的用途，木质素现在主要是纤维素和生物乙醇生产过程中留下的废物
信用:约翰·图恩，佐治亚理工学院 一种用于将木质素生物油升级为碳氢化合物的新的低温多相方法可以帮助扩大木质素的使用，木质素现在主要是从树木和其他木本植物生产纤维素和生物乙醇时留下的废物
佐治亚理工学院的研究人员使用超强酸和铂粒子的双催化剂系统，展示了它们可以从木质素生物油中添加氢气和去除氧气，使木质素生物油作为燃料和化学原料来源更加有用
该过程基于一个不寻常的氢循环，可以在低温和环境压力下进行，提高了升级的实用性，并减少了所需的能量输入
佐治亚理工学院化学和生物分子工程学院以及可再生生物产品研究所的教授邓玉麟说:“从环境和可持续发展的角度来看，人们希望使用生物物质生产的石油。”
“全世界每年从造纸和生物乙醇生产中产生的木质素为5000万吨，其中95%以上只是用来燃烧产生热量
我的实验室正在寻找实用的方法来升级低分子量的木质素化合物，使它们作为高质量的生物燃料和生化物质在商业上可行
" 9月7日的《自然能源》杂志描述了这一过程
这项研究得到了佐治亚理工学院可再生生物产品研究所的支持
纤维素、半纤维素和木质素是从树、草和其他生物质材料中提取的
纤维素用于造纸、乙醇和其他产品，但木质素——一种赋予植物力量的复杂材料——很大程度上没有被利用，因为它很难分解成低粘度的油，这些油可以作为煤油或柴油的起点
在超过400摄氏度的温度下进行的热解技术可以用于从木质素中产生生物油，例如酚类，但是这些油缺乏足够的氢并且含有太多的氧原子而不能用作燃料
目前应对这一挑战的方法包括通过被称为加氢脱氧的催化过程添加氢气和去除氧气
但是这一过程现在需要比环境温度高十倍的高温和高压，而且它会产生炭和焦油，从而迅速降低铂催化剂的效率
邓和他的同事着手开发一种新的基于溶液的工艺，这种工艺使用氢缓冲催化系统从石油单体中添加氢和去除氧
因为氢在水中的溶解度非常有限，所以木质素生物燃料在溶液中的氢化或加氢脱氧反应非常困难
邓的小组使用多金属氧酸(SiW12)作为氢转移剂和反应催化剂，通过可逆的氢提取帮助将氢气从气-液界面转移到本体溶液中
然后，该过程在碳载铂纳米粒子表面释放氢作为活性物质，解决了低压下氢在水中溶解度低的关键问题
“在铂上，多金属氧酸从氢中捕获电荷，形成可溶于水的H+，但电荷可以可逆地转移回H+，在溶液中形成活性氢，”邓说
显而易见，氢气被转移到水相，形成活性氢，它可以直接与溶液中的木质素油反应
在不寻常的氢循环的第二部分，多金属氧酸为从生物油单体中除去氧创造了条件
邓说:“超强酸可以降低去除氧气所需的活化能，同时，溶液中有更多的活性氢，它们会与油分子发生反应。”
“在溶液中，活性氢原子与催化剂表面的木质素油发生快速反应
氢与多金属氧酸盐在铂催化剂表面形成H+再形成氢原子H*的可逆反应是一个独特的可逆循环
" 铂颗粒和多金属氧酸盐可以重复使用多次，而不会降低效率
研究人员还发现，木质素油的加氢和加氢脱氧效率因油中特定的单体而异
“我们测试了15或20种不同的热解分子，发现转化效率从低端的50%到高端的99%不等，”邓说
“我们没有比较能量输入成本，但是在相似的低温、低氢压条件下，转化效率至少比报道的高十倍
" 在低于100摄氏度的较低温度下操作，减少了铂催化剂上焦炭和焦油形成的问题
邓和他的同事发现，他们可以使用相同的铂至少十次，而不会降低催化活性
未来的挑战包括通过使用不同的金属催化剂体系来提高产品的选择性，以及开发新的技术来分离和纯化溶液中不同的木质素生物化学物质
铂价格昂贵，对其他应用的需求也很高，因此找到一种成本较低的催化剂可以提高该工艺的整体实用性，并可能使其更具选择性
在帮助满足生物基油需求的同时，这项新技术还可以为木质素提供潜在的收入来源，从而使森林产品、造纸和生物乙醇行业受益。木质素通常只是用来燃烧产生热量
“全球木质素市场规模估计为954美元
这只是全球木质素产量的很小一部分
显然，该行业希望通过将木质素转化为化学品或生物油来找到更多的应用，”邓说
“以更好的方式使用这种材料也有利于环境
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
