[发明专利]一种松节油基生物质高能量密度燃料的一锅制备方法

说明书

本发明公开了一种采用Ru金属纳米粒子耦合SOT‑Hβ沸石分子筛作为双功能催化剂，采用蒎烷或长叶烯作为反应介质，以α‑蒎烯作为原料，在间歇式高压釜反应器中进行二聚‑加氢两段式一锅反应，直接制备松节油基生物质高能量密度燃料的方法。其特征在于采用晶种‑有机模板剂法构建具有适宜酸性和择形性的Hβ沸石骨架以减少有机模板剂的使用；采用等体积醇溶液浸渍法和氢气还原法引入金属纳米粒子保障催化剂兼具金属组分和沸石酸组分的高活性；采用蒎烷或长叶烯作为反应后无需分离除去的反应介质。该一锅反应催化方法工艺操作简单，产品性能优良，催化剂易分离和重复使用，为松节油基生物质高能量密度燃料的制备提供了一条清洁高效的新方法。

技术领域

本发明涉及一种松节油基生物质高能量密度燃料的一锅制备新方法，具体来说是利用Ru金属纳米粒子耦合SOT-Hβ沸石分子筛双功能催化剂催化α-蒎烯二聚-加氢一锅反应制备高能量密度燃料的方法。

背景技术

随着人们对化石能源面临枯竭及其排放产生环境污染问题的日益重视，从生物质原料中获取清洁可再生的高品质液体燃料，用来替代或补充传统化石能源的需求越来越迫切。而对于航空航天领域而言，飞行器的航程、航速和载荷等关键性能，很大程度上取决于其一定体积推进燃料所释放的热量，即体积热值NHOC（X W Zhang, L Pan, L Wang, etal. Review on synthesis and properties of high-energy-density liquid fuels:Hydrocarbons, nanofluids and energetic ionic liquids. Chemical EngineeringScience, 2018, 180: 95-125；邹吉军, 郭成, 张香文, 等. 航天推进用高密度液体碳氢燃料:合成与应用. 推进技术, 2014, 35: 1419-1425）。目前航空航天领域主要使用的以链烷烃及部分环烷烃为主要成分的大比重煤油NHOC较低，难以满足日益发展的高速飞行器的要求。而由多个封闭环平面组成的高张力多环液体碳氢化合物在具有较高密度的同时，NHOC也比航空煤油有较大的提高，是低成本快速提高现有飞行器推进性能的有效方式（B GHarvey, H A Meylemans, R L Quintana. Efficient conversion of pure and mixedterpene feedstocks to high density fuels. US 8975463 B2 20150310 2015； A KSikder, N Sikder. A review of advanced high performance, insensitive andthermally stable energetic materials emerging for military and spaceapplications. Journal of hazardous materials, 2004, 112: 1-15； L E Fried, M RManaa, P F Pagoria, et al. Design and Synthesis of Energetic Materials.Materials Research, 2001, 31: 291-321）。美国开发的挂式四氢双环戊二烯（exo-THDCPD）单一组分高能量密度燃料（HEDF）JP-10是分子式为C₁₀H₁₆的三环化合物，为化石原料桥式双环戊二烯（DCPD）的加氢和催化异构改性优化产物，由于合成技术成熟、成本较低，且低温性质十分优异（冰点低至-79 ºC），现已在美国、法国等国家和地区使用。对这些石油基高能量密度燃料的替代，需要找到相似结构特征的生物质资源并进行进一步加工。