[发明专利]一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料及其制备方法与应用，所述方法利用多元/复合半导体光催化材料进行光热耦合催化生物质制备航空煤油，其步骤包括：液体物质制备、多相混合、光热耦合催化反应、航空煤油精炼。本发明的能源和原料均来自丰富的自然资源，遴选含有不饱和键的生物质全部替代或部分替代氢气作为体系的供氢体，避免或降低了氢气成本高、易爆炸、保存难、消耗大等不足；采用光热耦合催化体系及构建新型光催化材料，弥补单一光催化材料的不足与缺陷，最大程度地提升光能利用率和产品得率，具有明显的技术进步性和实际应用前景。

技术领域

本发明属于生物质能源领域和催化材料领域，具体涉及一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

石油是一种具有极高战略地位的化工生产和能量来源的物资，对其化工炼制后可得到汽油、航空煤油、柴油等燃料和化工原料，但由于温室气体减排、国际原油市场的动荡、日渐加少的原油储备和日益增加的开采成本迫使人们寻找新型替代原料。

生物质是唯一可用于大规模制取液体燃料的含碳可再生资源，太阳光是地球上最丰富和绿色的能源；这些富饶而可再生的资源和能源的开发与利用正日益受到全世界的重视。生物质因其低碳、清洁和可再生等优点以及基于太阳光驱动的有机光催化反应具有绿色高效、条件温和、环境友好等特点，已成为各国未来替代原料和新能源开发的战略发展方向。

航空煤油是由石油的直馏馏分、加氢裂化和加氢精制等组分及必要的添加剂调和而成，由近百种不同的馏分烃类化合物组成，是由8～16个碳原子数范围内的饱和烷烃、环烷烃、芳香烃和少量烯烃组成的混合燃料；具有低温流动性好、热值高、燃烧性能好、洁净度高、密度适宜、安定性好、对机件腐蚀小等特点。

生物质经过化学转化处理后可得到航空煤油的主要组分，且基本不含硫的化合物。生物航空煤油在燃烧的过程中不会产生二氧化硫和大量积碳，从而减少发动机磨损延长发动机的使用寿命；相比较化石航空煤油来说，发动机在燃烧生物航空煤油时产生的颗粒物和硫化物等污染物要少得多。2013年中国石化集团公司以废弃生物油脂为原材料，生产出的石化1号生物航空煤油在东方航空公司的空客320型飞机上成功试飞。

目前国内外生物质尤其是动植物油脂制备航空煤油普遍采用的方法是在反应釜或固定床反应器中，以电加热的方式，将动植物油脂在3～5 MPa、350～450 ℃和催化材料等条件下与氢气发生加氢脱氧以及长链裂解、异构、重组等化学反应，使其脂肪酸甘油三酯分子定向转化为航空煤油8～16个碳原子数范围内的饱和烷烃和少量环烷烃组分。该方法制备航空煤油虽有转化效率高、工业制备易、生产控制便捷等优点，然而存在能耗高、氢耗大、安全性低等不足。针对这些不足，申请人提出了采用光热耦合催化生物质定向重整制备航空煤油的新方法及其多元/复合半导体光催化材料的设计与构建。本发明的能源和原料均来自丰富的自然资源，遴选含有不饱和键的生物质全部替代或部分替代氢气作为体系的供氢体，避免或降低了氢气成本高、易爆炸、保存难、消耗大等不足；采用光热耦合催化体系及构建新型光催化材料，弥补单一光催化材料的不足与缺陷，最大程度地提升光能利用率和产品得率。因此，本发明具明显的技术进步性和实际应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于光热耦合催化作用下将生物质定向重整转化为航空煤油的新技术以及设计和构建一种用于光热耦合催化作用下将生物质定向重整转化为航空煤油的多元/复合半导体光催化材料的制备方法。本发明的第一目的在于提供一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料，第二目的在于提供所述光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料的制备方法，第三目的在于提供所述光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料的应用方法。