由中科院“一三五”项目突破二课题“小桐子规模化合成生物液体燃料的科学基础研究”的前期支持,生物能源组张帆博士利用小桐子果壳水解液和水解残渣分别合成了碳基磁性固体酸 (C-SO3H@Fe/JHC)和固体碱(Na2SiO3@Ni/JRC)催化剂。通过多种分析测试方法对合成催化剂的形态、磁饱和度、功能基团以及总酸/碱含量进行深入分析发现:小桐子壳水解液形成的酸性官能团有助于其活化碳载体具备更高的酸密度;利用C-SO3H@Fe/JHC催化预处理(酯化)高酸值小桐子油时,可使其酸值从17.2降至1.3 mg KOH/g;再利用Na2SiO3@Ni/JRC催化降酸预处理后的小桐子油,生物柴油得率高达96.7%,该催化剂循环三次时催化活性无明显损失。催化合成生物柴油后的碳基磁性固体催化剂均可通过外磁场进行分离与回收。此外,活性下降的碳基磁性固体碱催化剂有利于副产品甘油水热气化生产氢气。与传统来自于葡萄糖和竹粉的碳源材料相比,利用小桐子果壳水解液及残渣制备的碳基磁性催化剂具备更丰富的官能团位点、更特异的表面区域以及孔隙容积,从而实现小桐子果综合利用合成生物燃料的绿色工艺研究。

      本研究获得了国家自然科学基金、中科院青年创新促进会和中科院“一三五”等项目的资助,相关研究成果以“Catalytic Production of Jatropha Biodiesel and Hydrogen with Magnetic Carbonaceous Acid and Base Synthesized from Jatropha Hulls”为题发表在国际期刊Energy Conversion and Management上。

桐子果(果壳+果油)综合利用合成生物柴油及联产氢气的绿色工艺流程图

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