| 成果名称: | 生物质水相催化转化理论及方法 |
| 完成单位: | 中国科学院广州能源研究所 |
| 主要人员: | 马隆龙、王铁军、张琦、刘琪英、张兴华、陈伦刚、仇松柏、徐莹、谈金、李宇萍、王晨光 |
| 介绍: | 一、课题来源与背景： 1)科技部重点基础研究发展计划（973计划）：糖类衍生物催化制液体烷烃的基础研究（2012CB215304），2012.1-2016.8。2）国家基金面上项目：生物质水相催化重整合成液态烷烃基础研究（51076157），2011.1-2013.12。3）国家基金国际合作与交流项目：生物质分级解聚全成分催化合成先进液体燃料的基础研究（51161140331）, 2011.9-2014.8。 二、技术原理及性能指标 技术原理: 1)通过强化水相传质与相转移的微膜反应体系，促进水解/异构/脱水主反应的相间热质传递，解决生物质水相解聚高活性中间物种深度降解及结焦的关键问题。2)生物质水热解聚、定向制备呋喃类、酚类、糖醇类平台分子，通过异构/羟醛缩合/加氢脱氧等途径，高效转化为C5/C6烷烃、芳烃/环烷烃和C8-C15异构烃等液体燃料和化工品。3)通过金属-酸多功能催化剂、层状材料，微-介孔酸性材料的设计合成，利用催化剂酸性位、空间结构和金属活性位协同调控水热解聚产物水相催化转化。 性能指标：1)水解液中总糖转化率达88%、C5/C6烷烃选择性达95%。2)双相体系中纤维素一步转化为羟甲基糠醛收率达57%，转化为山梨醇收率64%。3)缩合体系中平台物种糠醛和羟甲基糠醛转化率95%，C8-C15缩合含氧中间体选择性90%。 三、技术的创造性和先进性： 围绕水相高效断裂木质纤维素生物质C-O键的核心问题，研究生物质高效水热解聚、水相中碳水化合物C-O、C-C键剪裁与组装新方法、高水热稳定的功能催化新材料及系统集成优化，实现了生物质高效转化为先进交通液体燃料和高值化学品，取得了原创性成果。 （1）阐明了生物质大分子水热定向解聚机理。明析了生物质在水热催化解聚环境下的结构演变规律及解聚中间产物分布控制的机理，从源头上解决了影响生物质定向转化的热敏性物质解聚与相际输运的科学难题。 （2）提出了解聚产物C-O/C-C选择性断键与偶联的调控机制及催化理论。揭示了糖类和酚类解聚平台产物水相催化制取烷烃燃料、含氧燃料及化学品的转化机理，形成了水相反应催化剂设计制备理论和四相反应器设计原理，解决了水相催化转化过程的定向性及稳定性等关键难点问题。 （3）建立了生物质水相催化转化为烃类燃料及化学品的系统理论。提出了水相芳构化新方法和呋喃化合物交叉缩合与自缩合增碳异构合成生物航油新路径，构建了低能量密度碳水化合物向高能量密度烃燃料的温和高效转化体系。在水相催化工艺、四相反应器及高水热稳定催化剂等方面取得了理论和技术突破。 四、技术的成熟程度、适用范围和安全性： 技术成果被国内外学者在Chemical Review、Nature子刊、Chemical Society Review及Energy and Environment Science等广泛引用，被评论为"优异的性能"、"最高的"、 "廉价的非贵金属催化剂"、 "航空燃料新合成方法"、 "首次报道"。获2016年度联合国工业发展组织评选的蓝天奖。正在进行规模化实验验证和中试验证。生物质水相催化转化理论及方法可应用于低值农林废弃物向高附加值燃料和化学品的转化过程。水相催化转化制备的生物汽油、柴油和航油等液体燃料可与传统燃料混合，应用于交通运输中；制备的芳烃化合物、呋喃类、酚类物质可作为生物化学品替代石化产品。 五、应用情况及存在的问题： 本成果技术得到了刘延东、汪洋副总理的重要批示，要求加快该项成果的产业化进程。与山东龙力生物科技股份有限公司签订了战略合作协议，准备在国内进行更大规模的推广示范，另外中石油、中石化、中国航空器材集团等对该技术进行了实地考察，提出技术引进的愿望。与黑龙江省签署了推进成果产业化合作协议，目前已经就千吨级中试、产品认证、适航认证、产业化模式形成了初步方案。 |
| 批准登记号: | 粤科成登（2）字【2017】0192 |
| 登记日期: | 2017-05-27 |
| 研究起止时间: | 2005.01 至2016.08 |
| 所属行业: | 科学研究和技术服务业 |
| 所属高新技术类别: | |
| 评价单位名称: | 中国科学院广州能源研究所学术委员会 |
| 评价日期: | 2017.05.24 |
