煤基高能量密度液体燃料的合成及其分子结构表征
李军芳
摘要：高能量密度液体燃料作为航空航天、军事装备和高性能动力系统的关键能源载体,其开发具有重要战略意义.以甲苯为模型化合物,针对煤基油中轻质芳烃特有的环状分子结构和高热值特性,采用两步法合成工艺,先在MCM-22 分子筛催化下使甲苯与降冰片烯发生加成反应生成高能量密度燃料中间体,再经Ru/C催化加氢稳定化处理,最终获得高能量密度燃料.采用多尺度表征方法系统考察反应过程,通过GC-MS、FT-IR和NMR等技术解析加氢前后产物的分子结构演变规律,并结合SEM、BET和NH3-TPD等表征手段揭示MCM-22 分子筛催化剂的构效关系.实验结果表明,在MCM-22 分子筛的酸性位点调控下,甲苯与降冰片烯加成反应的转化率、选择性分别达＞99%、93.55%,表现出优异的催化性能,成功构建了具有刚性空间构型的高能燃料中间体,后续经Ru/C催化剂加氢稳定化处理后,产物的密度达到0.954 9 g/cm3,体积能量密度高达44.66 MJ/L,较传统石油基喷气燃料明显提升,充分展现煤基燃料的性能优势.机理研究表明,该转化过程巧妙结合芳环的高密度特性和降冰片烯的环张力储能优势,通过"分子筛催化加成-贵金属加氢稳定"的协同策略,实现了从煤基芳烃到高能燃料的高效转化,不仅为煤炭资源的高值化利用提供新思路,也为特种燃料的分子设计建立了方法学基础.未来研究将重点突破三大工程化难题:采用真实煤基油体系优化原料适配性、开发抑制剂控制降冰片烯自聚、改性催化剂提升寿命,并通过连续流工艺实现产业化,满足航空航天领域高性能燃料需求.
关键词：高能量密度液体燃料分子结构化学合成催化加氢分子筛催化剂表征方法
分类号：TQ529(炼焦化学工业)O657(分析化学)
论文发表日期：2025-11-30
页数：9( 29-37 )
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