我与科学基金(309)
(本栏目由浙江省自然科学基金委员会合办)
把地沟油转变为航空煤油并非什么新主意，但现行技术制备成本超高，因此除了用于作秀，没有任何工业化应用价值。
近日，浙江大学教授吕秀阳告诉记者，他领衔的研发团队多年来在浙江省自然科学基金的资助下，针对目前油脂催化加氢脱氧制备航空煤油过程中存在的反应氢耗大、贵金属催化剂价格昂贵等问题，提出了一条油脂先在近临界水中水解、再在无溶剂条件下非临氢非贵金属催化脱羧制备航空煤油的新方法，重点开展了脂肪酸无溶剂非临氢脱羧过程中非贵金属催化体系构建的研究，研究成果有望大幅度推进其低成本、绿色制备的工业化进程。省自然科学基金重点项目“油脂无溶剂非临氢脱羧过程中非贵金属催化体系的构建”于今年4月通过了结题验收。
据介绍，能源是现代社会运行的血液，能源安全和可持续发展已经成为世界各国高度关注的战略问题。我国自2009年开始石油对外依存度已超过50%，2017年我国原油对外依存度超过67.4%，严重影响着我国能源安全，因此替代能源的开发是关系到我国可持续发展和战略安全的重大科研领域。
液体燃料柴油是能源的重要组成部分。作为柴油的替代品，近年来不论是学术界和工业界都对生物柴油给予了高度的关注和重视，但是作为第一代生物柴油的脂肪酸甲酯是含氧化合物，热值比等量的石油柴油低，因而为了确保车辆的安全行驶，在石油柴油的中渗入量要求低于20%。同时生物柴油工业化生产过程中基本上采用无机强碱催化酯交换反应，存在严重的污染问题。
油脂通过脱氧生成含8～22碳的烃类化合物，其组成与石油柴油组分相似，因而被称为第二代生物柴油。第二代生物柴油不含氧、热值高、不含硫、可与石油柴油任何比例混合，也可单独使用，同时可以作为航空煤油的替代品，因此近年来备受关注。但从工业化角度看，除了原料来源问题，油脂催化加氢脱氧制备第二代生物柴油主要还有两方面问题需要解决：一是反应氢耗大，大量高能量密度、洁净的氢气的消耗削弱了该技术工业化吸引力，采用催化脱羧可以有效解决“反应氢耗大”的问题；二是催化脱羧目前大都采用贵金属负载催化剂，由于贵金属资源奇缺、价格高，大大提高了反应成本，因而高效、廉价的非贵金属催化剂的开发是降低成本的关键。
吕秀阳教授提出了一条油脂先在近临界水中水解、脂肪酸再在无溶剂条件下非临氢非贵金属催化脱羧制备航空煤油的新工艺，主要开展了脂肪酸无溶剂、非临氢脱羧过程中非贵金属催化剂的设计、制备、表征与评价，结合反应动力学，发现了脂肪酸无溶剂非临氢非贵金属催化脱羧反应的规律，揭示了脂肪酸无溶剂非临氢非贵金属催化脱羧反应机理，进而建立了脂肪酸无溶剂非临氢非贵金属催化脱羧的新方法，为第二代生物柴油的低成本、高效制备提供理论和工程基础。
另据吕秀阳介绍，在美国波音公司公司的资助下，该技术已经开展了连续化试验，对其工业化应用的可行性进行了验证。下一步将开展催化剂的长寿命试验，以及不饱和脂肪酸催化脱羧和芳构化耦合过程、油脂一步法制备航空煤油非金属催化体系的构建等研究。
据了解，共有16名研究生参与该项目的研究工作，包括博士生5 人(其中已毕业1 人)、硕士生11人(其中已毕业9 人)。项目共发表标注期刊论文26篇，其中SCI收录20篇、ESCI收录1 篇、EI收录3 篇；授权发明专利14件，另有20件发明专利已申请。
记者 金乐平 通讯员 周丽敏 谢崇波
