离子型聚酰胺担载的贵金属催化剂在生物质转化中的应用文献综述

 2021-11-05 19:20:24

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文 献 综 述

一、课题背景

目前,大量化学品和燃料主要来自不可再生的化石能源,如煤、石油、天然气等,随着化学品和燃料的不断消耗,这些化石能源的储量不断减少,与此同时,人类对其需求却与日俱增,生物质,作为自然界唯一可再生有机碳源可以用来合成一系列高附加值的化学品和燃料。生物质来源广泛,成本低廉,且种类多样[1] 。贵金属催化剂是指能改变化学反应速度而本身又不参与反应最终产物的贵金属材料。贵金属颗粒表面易吸附反应物,且强度适中,利于形成中间活性化合物具有较高的催化活性,成为重要的催化剂材料。贵金属催化剂在化工、生物催化以及环境保护等方面都有着广泛地应用[2]

目前生物质催化转化方面主要有:离子液体在生物质的应用,纤维素霉在生物质应用等,但这些方法都存在一定的局限性,例如虽然离子液体的优越性在生物质的有广泛的应用,但它的成本较高,回收困难,导致离子液体体系催化成本高;纤维素酶的分解难,转化率低的特点,导致纤维素酶转化的成本高。因此寻找合成性能更好,有助于生物质溶解,成本低廉,性能优越,易于回收的材料成为当下生物质转化的热点。

经过调研我们发现,在生物质研究应用中,贵金属催化剂能改变化学反应速度而本身又不参与反应最终产物的贵金属材料,具有较高的催化活性。基于上述背景,将贵金属的优势和生物质转化进行组合,其将成为生物质转化研究的又一个新方向。目前人们已经开始对离子型酰胺键展开了深入研究。

二、生物质技术的介绍

生物质最大的优势在于它是唯一含碳的可再生资源,可通过热化学转化法、生物化学转化法及光化学转化法等制取液体和气体燃料[3], 涉及热解、气化、液化、成型及直接燃烧等技术。可获得便于储存运输、方便使用的清洁型燃料,其实物形态

为液体,固体,气体[4]。生物质能利用的技术有直接燃烧技术,物化转化技术,生物转化技术,液化技术,固体废起舞转化技术。生物质直接燃烧技术主要分为炉灶燃烧、锅炉燃烧和致密成型技术。国外许多公司如美国爱达荷能源产品公司、美国B&W、美国CE 公司等5采用流化床技术开发的流化床发电锅炉处理生物质已具有相当的规模和一定的运行经验.;热化学转化技术是指在加热且缺氧的条件下,利用化学手段将生物质转化成高品位、便于储存、易运输、能量密度高且具有商业价值的固、液及气态燃料,以及热能、电能等能源产品,燃料物质的技术[6];生物质能的液化技术是指通过水解、热解或催化等方法将生物质转化为液体燃料的技术7; 超临界流体( SCF) 是一种处于临界温度和临界压力以上的,物性介于气体和液体之间的有良好的流动性、传递性、扩散性和溶解性的流体. 生物质能作为唯一一种可替代化石能源的可再生的含碳资源,在新能源开发中的地位越来越重要[8]。由于煤、石油、天然气等化石燃料的不可再生性和使用过程中对环境的破坏,生物质能源将成为现代的主要能源之一,生物质的转化利用技术也将成为这一转变的关键

三、贵金属催化剂

贵金属催化剂按照组成和结构通常可分为均相催化剂和多相催化剂。均相贵金属催化剂中贵金属以高分散的纳米颗粒状态或金属簇形式存在,如金催化剂。多相贵金属催化剂中贵金属以颗粒状高分散于载体上,可负载于金属氧化物或分子筛等之上。影响贵金属催化剂催化性能的因素很多,包括制备方法、载体的选择、颗粒尺寸和比表面积以及催化剂活性中心结构等。制备贵金属催化剂有多种方法,大致分为化学方法和物理方法。化学方法包括溶胶凝胶法、沉积沉淀法、浸渍法、微乳液法、离子交换法、水解法、光化学还原法、化学蒸汽沉积法等;物理方法包括等离子体法、微波合成法、惰性气体蒸发法、块状金属的机械粉碎研磨法(球磨法)、超声波粉碎、金属电极间电弧放电产生金属原子等[9]。贵金属催化剂主要有三个方面的应用,即在氧化还原反应中的应用(包括加氢还原反应和氧化反应中的应用)、在化学电源中的应用及环境保护领域的应用。贵金属的催化性、选择性和稳定性,使之在催化剂行业备受关注,并因此引起对于贵金属催化的微观机理的深入研究。

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