沸石負載鐵-鉬碳化物納米催化劑將生物原油升級為可持續航空燃料
文章來源：新能源網 更新時間：2025-06-30 16:00:17
本文報道了一種利用沸石負載的鐵-鉬碳化物（Fe-Mo?C/ZSM-5）納米催化劑，將食物廢棄物通過水熱液化（HTL）生成的生物原油升級為可持續航空燃料（SAF）前驅體的創新方法。研究團隊通過催化加氫脫氧（HDO）實現了生物原油中氧的完全脫除，并使其高熱值（HHV）達到46.5 MJ/kg，與Jet A航空燃料（46.1 MJ/kg）相當。蒸餾切割（150°C至230°C）的平均碳數為10.6，接近傳統航空燃料的11.4。此外，升級后的燃料在表面張力、黏度、閃點、冰點等關鍵性能指標上均符合SAF標準。該催化劑在多次循環使用后仍保持高活性，為生物質能源的高效轉化提供了新思路。
1 科學問題生物原油的氧含量問題：生物原油中高達6.74 wt%的氧會導致燃料腐蝕性增強、密度和黏度升高，不符合航空燃料標準。 碳鏈長度調控：航空燃料的理想碳鏈長度為C8-C16，而生物原油的分子量分布較寬（平均碳數差異大）。 催化劑穩定性：傳統貴金屬催化劑成本高且易失活，亟需開發高效、廉價且可重復使用的非貴金屬催化劑。 2 研究方案催化劑設計與合成催化劑組成：采用沸石ZSM-5負載的Fe-Mo?C納米顆粒（Fe含量5 wt%），通過600°C碳化法制備。 結構表征：XRD和STEM證實Mo?C納米顆粒尺寸為3 nm，均勻分散于ZSM-5載體上，Fe的引入抑制了Mo?C晶粒長大。 生物原油升級工藝反應條件：在400°C、1500 psi H?壓力下反應2小時，催化劑與生物原油質量比為6:100。 產物分析：通過元素分析、TGA、MALDI-TOF-MS和GC×GC等手段評估燃料性能。 SAF前驅體篩選蒸餾切割：選擇150°C至230°C餾分，平均碳數10.6，以控制冰點和閃點。 性能測試：通過Tier beta預篩測試驗證燃料的密度（0.783 g/ml）、黏度（-20°C時為4-8 cSt）、冰點（<-40°C）等指標符合標準。 3 結論主要成果高效脫氧：Fe-Mo?C/ZSM-5催化劑實現了生物原油中氧的完全脫除（從6.74 wt%降至0 wt%），H/C比提升至1.96。 燃料性能優化：升級后燃料的HHV達46.5 MJ/kg，分子量分布集中于C8-C16（占59.4 wt%），與傳統航空燃料（62.1 wt%）接近。 催化劑穩定性：三次循環使用后，催化劑仍保持100%脫氧活性，且Mo?C納米結構未發生明顯燒結。 不足與展望經濟性優化：當前SAF前驅體產率為56 wt%，需進一步提高原料利用率。 碳分布調控：升級油呈現雙峰碳分布（C8和C18），需開發后續異構化工藝以匹配航空燃料的單峰分布需求。 規模化挑戰：需驗證催化劑在連續流動反應器中的長期穩定性及工業化可行性。 |
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