光催化脱羧法转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法技术

本发明专利技术涉及一种光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法，所述方法包括：在氮气气氛、溶剂存在条件下，将高级脂肪酸进行光催化反应转化为长链烷烃的步骤；所述催化剂为TiO2和/或金属表面修饰的TiO2。使用本发明专利技术的方法能够在无需外加氢源的条件下，低耗能、高效地合成长链烷烃，产率可高达46％。本方法充分利用高级脂肪酸为原料，在光能参与下室温进行反应，避免了传统工业制法中需要消耗大量化石燃料，无需高温高压的反应条件，也无需制备复杂的催化剂，操作简单、无需外加氢源、转化率较高、反应溶剂与产物可进行简单的旋转蒸发进行分离或可直接作为燃料，有利于工业化生产。产物长链烷烃可以用作航空油，取代传统化石燃料的使用。

Conversion of high fatty acids to long chain alkanes by photocatalytic decarboxylation

The invention relates to a photocatalytic decarboxylation conversion of fatty acids as method of long chain alkane, the method comprises the following steps: in the presence of nitrogen atmosphere and solvent conditions, the photocatalytic reaction of fatty acids into long chain alkane steps; the catalyst is TiO2 TiO2 and / or metal surface modification. By using the method, the yield of alkanes can be up to 46% with low consumption and high efficiency without the need of the external hydrogen source. This method makes full use of fatty acids as raw materials, in the light in room temperature reaction, avoiding the need to consume a large amount of fossil fuels the traditional industrial production process, no need of high temperature reaction conditions, the catalyst without complex preparation, simple operation, no external hydrogen source, high conversion rate, solvent and reaction the product can be separated or simple rotary evaporation can be directly used as fuel, is conducive to industrial production. The product of long chain alkanes can be used as an aviation oil to replace the use of traditional fossil fuels.

【技术实现步骤摘要】
光催化脱羧法转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法
本专利技术属于能源化工
，具体涉及一种光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法。
技术介绍
在当代社会，随着人类社会工业、经济、科技的快速发展和能源消耗，能源危机称为制约人类发展的一大因素，寻找可替代性的清洁能源称为当前人类面临的首要任务之一。传统化石类能源的消耗不仅带来巨大的环境问题，并且由于其储量的有限性和人类开采速率的快速增产，已经逐渐面临枯竭。因此，减少对化石燃料的依赖，开发一种新的，安全的、可再生的清洁能源已成为人类解缓解能源短缺与环境污染的紧迫任务。目前的可再生能源有：太阳能、生物质能、水能、风能、潮汐能等。而其中太阳能作为一种覆盖率高、能量大、无穷尽的能源尚未被广泛利用。另一方面，生物质能是能转化为液体燃料的唯一来源，是化石燃料的替代品，在未来可广泛作为航空油来源。航空燃油作为一种特殊的燃料，需要高的热值和能量密度。通常它是由C8-16的烷烃、烯烃及芳香烃组成，然而目前航空油并不能被任何一个工业化的生物油代替。另一方面，原油具有重质化发展趋势，而目前炼油厂采用催化裂解工艺提高轻质石油的产率，但是由这种工艺得到的催化柴油馏分的十六烷值较低。十五烷等长链烷烃作为一种饱和脂肪烃是柴油馏分的重要组成部分，能够提高柴油的十六烷值。因此，利用光催化的方式将高级脂肪酸转化为更有利用价值的柴油类烃对缓解能源危机具有重要意义。目前生产生物质型航空燃油的方法主要为热化学方法：植物油或动物油的加氢脱水以及后续的裂化和异构化反应和直接脱羧和脱羰生产航空油。前者在反应过程中需要大量氢气增加了生产航空油的造价，阻止了加氢脱氧技术大规模的发展和应用。后者目前的脱羧方法仍然面临很多问题：一是它们基本需要外加氢源或还原剂；二是脱羧技术需要370℃的高温和1MPa的高压等高能耗条件；三是反应过程复杂不易实现。因此，寻找更为低能耗可持续性的制备方案有利于柴油类烃及生物质型航空燃油的进一步发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法。本专利技术采用的可再生的原料即由动植物油脂水解所得高级脂肪酸作为反应原料。通过光催化的方式生产长链烷烃，所需添加的化学试剂少、反应过程简单、可同时利用太阳能和生物质资源，具有低能耗性、可再生性、可持续性、原料总量丰富和分布广泛等特点，具有较大的应用前景。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法，所述方法包括将高级脂肪酸进行光催化反应转化为长链烷烃的步骤；所述催化剂为TiO2和/或金属表面修饰的TiO2。优选地，所述高级脂肪酸选自C5～C26的一元酸中的一种或几种。更优选棕榈酸、月桂酸、硬脂酸。所述长链烷烃为C4～C25的烷烃。优选地，所述光催化反应的温度为10～70℃，反应时间为4～28h。更优选温度为20℃。所述催化温度低于10℃，会导致需外加冷凝装置制冷控温、耗能更多；高于70℃，则会导致部分溶剂的大量挥发。优选地，所述金属表面修饰的TiO2为金属或金属氧化物负载的TiO2；所述金属或金属氧化物包括Pt、Ni、Cu、Fe、Co、Fe2O3、Co3O4、Ni2O3、Fe3O4、CuO或Cu2O中的至少一种。优选地，所述金属或金属氧化物负载的TiO2中，金属或金属氧化物的负载量为0.1～10wt％；更优选负载量为0.5～5wt％；最优选负载量为1～2wt％。优选地，所述高级脂肪酸在溶剂中的浓度为0.005M，所述催化剂在高级脂肪酸与溶剂形成的溶液中的质量浓度为0.5mg/mL。优选地，所述TiO2包括P25、板钛矿型、锐钛矿型、金红石型、纳米棒、纳米球等所有不同形貌的TiO2。优选地，所述光催化反应中采用的光源包括紫外光、可见光中的至少一种；所述光源的功率为100-300W。优选地，所述反应过程不加氢源和还原剂。优选地，所述光催化反应前，还包括将反应物进行超声处理的步骤；所述超声处理的功率为60-600W，时间为30-40min。优选地，所述溶剂包括正庚烷。优选地，所述催化反应过程中，对反应液进行搅拌。优选地，所述光催化反应结束后，用旋转蒸馏方法分离溶剂和长链烷烃。本专利技术是一种新型的高效简便的生产长链烷烃的方法，制备的长链烷烃适于作为航空油组成成分。该方法克服了传统制备方法中所需的高温、高压、外加氢源等缺点，可在常温常压下进行反应，产物产率较高、催化剂制备简易、操作简单、使用的溶剂可与产物直接通过旋转蒸馏分离或直接用于作为燃料，有利于工业化生产。其制备的长链烷烃作为柴油类烃可用作航空燃油，也可用于有机合成。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：(1)本专利技术使用动植物油脂的水解产物高级脂肪酸作原料制备长链烷烃，反应原料具有广泛性和易得性。动植物油脂及其水解产物高级脂肪酸广泛存在于自然界中，几乎所有的动植物油脂中都含有数量不等的高级脂肪酸组分，无需消耗化石能源，可部分缓解如今全球面临的能源问题；(2)本专利技术采用的方法可使高级脂肪酸的转化在常温常压下进行，避免了传统热化学方法转化高级脂肪酸的高温高压等高能耗及反应条件苛刻的弱点。(3)本专利技术采用光催化的方法使高级脂肪酸脱羧转化为长链烷烃，可充分利用了无处不在的太阳能资源，能耗低、可再生，降低了反应成本，具有广泛的应用前景。(4)本专利技术无需额外通入高纯氢气，极大地降低了反应能耗和原料消耗，且更加绿色环保，对环境污染小；(5)本专利技术所需的光催化剂可采用光沉积的方式制备，制备过程简单，可重复利用，并且可采用一些廉价易得的金属及金属氧化物进行TiO2表面修饰，降低了反应成本。(6)本专利技术的方法无需添加酸、碱。(7)本专利技术的方法无需添加还原剂。(8)本专利技术对反应装置的要求不高，反应釜简单易得，可以为玻璃反应釜或不锈钢反应釜。(9)本专利技术的方法长链烷烃的产率可高达46％，转化率较高。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的方法的流程简图；图2为实施例1的产物的GC-MS谱图；图3为实施例1的产物的GC-FID谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。在本文中，由「一数值至另一数值」表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。实施例1本实施例提供一种光催化剂TiO2于紫外光光源照射下催化转化十六酸制备十五烷的方法，如图1所示。所述方法包括如下步骤：将十六酸正庚烷溶液30ml(十六酸浓度0.005M)和TiO215mg装入光催化反应釜中，超声30min,用氮气吹扫反应装置直至反应釜内为氮气氛围，将反应釜密封，并将其置于20℃冷却循环水水槽中使反应温度控制为20℃，并置于磁力搅拌器上搅拌，在150W汞灯照射下反应4h本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法，其特征在于，所述方法包括：在氮气气氛、溶剂存在条件下，将高级脂肪酸进行光催化反应转化为长链烷烃的步骤；所述催化剂为TiO2和/或金属表面修饰的TiO2。

【技术特征摘要】
1.一种光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法，其特征在于，所述方法包括：在氮气气氛、溶剂存在条件下，将高级脂肪酸进行光催化反应转化为长链烷烃的步骤；所述催化剂为TiO2和/或金属表面修饰的TiO2。2.根据权利要求1所述的光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法，其特征在于，所述高级脂肪酸选自C5～C26的一元酸中的一种或几种；所述长链烷烃为C4～C25的烷烃。3.根据权利要求1所述的光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法，其特征在于，所述光催化反应的温度为10～70℃，反应时间为4～28h。4.根据权利要求1所述的光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法，其特征在于，所述金属表面修饰的TiO2为金属或金属氧化物负载的TiO2；所述金属或金属氧化物包括Pt、Ni、Cu、Fe、Co、Fe2O3、Co3O4、Ni2O3、Fe3O4、CuO或Cu2O中的至少一种。5.根据权利要求4所述的光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷烃的方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：金放鸣，丁珂璠，金滨滨，姚国栋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31