沸石负载铁-钼碳化物纳米催化剂将生物原油升级为可持续航空燃料
文章来源：新能源网 更新时间：2025-06-30 16:00:17
本文报道了一种利用沸石负载的铁-钼碳化物（Fe-Mo?C/ZSM-5）纳米催化剂，将食物废弃物通过水热液化（HTL）生成的生物原油升级为可持续航空燃料（SAF）前驱体的创新方法。研究团队通过催化加氢脱氧（HDO）实现了生物原油中氧的完全脱除，并使其高热值（HHV）达到46.5 MJ/kg，与Jet A航空燃料（46.1 MJ/kg）相当。蒸馏切割（150°C至230°C）的平均碳数为10.6，接近传统航空燃料的11.4。此外，升级后的燃料在表面张力、黏度、闪点、冰点等关键性能指标上均符合SAF标准。该催化剂在多次循环使用后仍保持高活性，为生物质能源的高效转化提供了新思路。
1 科学问题生物原油的氧含量问题：生物原油中高达6.74 wt%的氧会导致燃料腐蚀性增强、密度和黏度升高，不符合航空燃料标准。 碳链长度调控：航空燃料的理想碳链长度为C8-C16，而生物原油的分子量分布较宽（平均碳数差异大）。 催化剂稳定性：传统贵金属催化剂成本高且易失活，亟需开发高效、廉价且可重复使用的非贵金属催化剂。 2 研究方案催化剂设计与合成催化剂组成：采用沸石ZSM-5负载的Fe-Mo?C纳米颗粒（Fe含量5 wt%），通过600°C碳化法制备。 结构表征：XRD和STEM证实Mo?C纳米颗粒尺寸为3 nm，均匀分散于ZSM-5载体上，Fe的引入抑制了Mo?C晶粒长大。 生物原油升级工艺反应条件：在400°C、1500 psi H?压力下反应2小时，催化剂与生物原油质量比为6:100。 产物分析：通过元素分析、TGA、MALDI-TOF-MS和GC×GC等手段评估燃料性能。 SAF前驱体筛选蒸馏切割：选择150°C至230°C馏分，平均碳数10.6，以控制冰点和闪点。 性能测试：通过Tier beta预筛测试验证燃料的密度（0.783 g/ml）、黏度（-20°C时为4-8 cSt）、冰点（<-40°C）等指标符合标准。 3 结论主要成果高效脱氧：Fe-Mo?C/ZSM-5催化剂实现了生物原油中氧的完全脱除（从6.74 wt%降至0 wt%），H/C比提升至1.96。 燃料性能优化：升级后燃料的HHV达46.5 MJ/kg，分子量分布集中于C8-C16（占59.4 wt%），与传统航空燃料（62.1 wt%）接近。 催化剂稳定性：三次循环使用后，催化剂仍保持100%脱氧活性，且Mo?C纳米结构未发生明显烧结。 不足与展望经济性优化：当前SAF前驱体产率为56 wt%，需进一步提高原料利用率。 碳分布调控：升级油呈现双峰碳分布（C8和C18），需开发后续异构化工艺以匹配航空燃料的单峰分布需求。 规?；粽?/span>：需验证催化剂在连续流动反应器中的长期稳定性及工业化可行性。 |
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