生物质基长链含氧燃料、化学品和材料的研究进展

创新点

生物质及其衍生物用以取代传统化石能源制备各种高值化产品已成为研究热点。相较于生物质短链化合物，生物质长链含氧化合物具有更丰富的官能团和结构，能够满足多种需求，是制备各种高值化学品的理想原料。本文聚焦于生物质长链含氧化合物制备燃料、电解质、塑料等高值化学品方面的研究，系统总结了制备方法、性能研究以及改性研究等方面的最新进展。本文通过对这些方面的综合探讨，为未来替代化石能源、实现绿色可持续发展提供明确的指导。

通讯作者简介

肖睿教授

肖睿，男，博士，教授，博士生导师，现担任东南大学能源与环境学院院长，能源热转换及其过程测控教育部重点实验室主任，国家杰出青年基金获得者，长江学者特聘教授，江苏省政协委员。兼任江苏省能源研究会理事长，中国工程热物理学会燃烧分会副主任。担任Fuel Processing Technology副主编，International Journal of Greenhouse Gas Control、《太阳能学报》《化工学报》等刊物编委。主要研究方向为生物质能利用研究、固体燃料热解气化，二氧化碳捕集与利用。以第一获奖人获得国家科学进步二等奖，教育部自然科学一等奖、江苏省科技进步一等奖、中国专利优秀奖等奖项，以主要完成人获其他省部级奖4项。在Science等国内外核心刊物上发表论文300余篇，其中SCI收录论文200余篇，论文被SCI他引10000余次，获授权发明专利50余件。

第一作者简介

吴石亮副研究员

吴石亮，男，博士，副研究员，博士生导师，国际标准化组织固体生物燃料技术委员会生物炭技术组（ISO）成员。2018年毕业于东南大学，2019年进入东南大学工作，长期从事生物质高值化工作，相关研究成果获得2019年江苏省科学技术一等奖。现主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、江苏省优秀青年基金项目等多项省部级课题，曾作为骨干人员参与国家863，973，重点研发计划项目和国家自然科学基金委等多项省部级课题的研究。在Proceedings of the Combustion Institute、Fuel、Fuel Processing Technology等国际权威学术期刊发表SCI论文33篇（第一/通讯作者21篇），被引次数1551次，H-因子31，并多次在国内外学术会议上作口头汇报。

生物质基长链含氧燃料、化学品和材料的研究进展

作者

吴石亮，丁培霖，肖睿*

单位

东南大学能源与环境学院能源热转换及其过程测控教育部重点实验室

基金项目

国家自然科学基金面上资助项目(52276176)

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摘要

随着化石能源的枯竭以及对环境问题的重视，人们越来越关注生物质能源利用的发展。生物质基长链化合物因富含多种官能团和多种结构，在制备高值化学品方面优于短链化合物，引起了国内外学者们的关注。大量研究表明，生物质基长链含氧化合物可用来制备燃料、聚合物电解质和可降解塑料。生物质基燃料聚甲氧基二甲醚（PODE）和三丙二醇单甲醚（TPGME）具有高十六烷值和含氧量，且能与柴油很好地混溶而备受关注。聚合物电解质作为锂离子电池发展的新方向，目前更多采用石油基作为聚合物基质，而天然大分子聚合物纤维素、木质素和淀粉同样能用来制备凝胶态和固态聚合物电解质。此外，以生物质为原料制备的聚乳酸（PLA）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）更容易被环境中的微生物降解并不产生其他影响。本文概述了PODE和TPGME的制备方法和燃烧特性，天然聚合物大分子制备凝胶态和固态聚合物电解质，以及PLA和PBS的合成路径及其化学改性等方面的研究进展，为今后制备生物质基长链含氧化合物及其他高值产品提供参考借鉴。

研究背景

化石能源的利用极大推动了全球工业文明的发展，但化石能源的不可再生性和高污染性不符合当今时代对于能源的要求。随着人们环保意识的不断提高和我国“碳达峰、碳中和”目标的提出，急需一种清洁、可再生的能源在一定程度上替代化石能源。

近年来，太阳能、风能、核能、生物质等可再生能源迎来了迅速发展。其中，生物质作为唯一含碳的可再生能源，从理论上分析更具备替代化石能源的潜质。生物质主要组成部分是纤维素、半纤维素和木质素。纤维素是由葡萄糖单元构成具有排列整齐的结构，在生物质含量中最高。半纤维素主要由六碳糖与五碳糖构成，呈现出无定型和多支链的结构，聚合度与纤维素相差甚远。木质素由对羟基苯基丙烷、愈创木基丙烷和紫丁香基丙烷通过芳基连接构成。生物质主要通过热解、气化、液化、发酵等转化手段获得热解气以及烃类、醛类、醇类、酮类、酸类等短链含氧化合物而得以利用。近几十年来，关于利用短链含氧化合物催化转化为目标产物的研究已取得显著成果，而对于长链含氧化合物的研究还处于起步阶段。相较于短链，长链化合物具备更丰富的官能团和结构，能满足多种需求，可以制备更高值的化学品，如燃料、电解质、塑料等。因此，本文介绍了近几年关于生物质基长链含氧化合物制备燃料、电解质以及塑料等高值化学品的研究进展。

部分图片

图1 生物质长链含氧化合物及其应用方向

图2 不同电解质性能对比

图3 凝胶电解质中锂离子的传导方式

引文格式

吴石亮, 丁培霖, 肖睿. 生物质基长链含氧燃料、化学品和材料的研究进展[J/OL]. 能源环境保护: 1-13[2024-02-18]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240125.

WU Shiliang, DING Peilin, XlAO Rui. Research progress of long chain oxygenated fuels, chemicals and materials based on biomass[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-13[2024-02-18]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240125.

　　责任编辑：宫在芹

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