锆改性Beta分子筛催化生物质衍生木糖高效合成乙基乙酰丙酸酯的绿色工艺研究

本研究针对化石燃料枯竭和农业废弃物污染问题，开发了ZrO2 /Beta分子筛催化体系，首次实现无外源氢条件下将棕榈空果串(EFB)和木糖高效转化为高附加值燃料添加剂乙基乙酰丙酸酯(EL)，最高产率达52.9%。该技术通过Br?nsted/Lewis酸协同和限域效应，突破乙醇作为弱氢供体的转化瓶颈，为生物质资源化提供新策略。

　　

随着全球化石燃料储量预计70年内耗尽，液体燃料日需求量将突破9050万桶，开发可再生燃料迫在眉睫。棕榈油产业每年产生9000万吨空果串(EFB)废弃物，传统焚烧处理导致严重空气污染。乙基乙酰丙酸酯(EL)因其高热值、适宜粘度等特性成为理想燃料添加剂，但现有C5糖转化工艺存在乙醇氢转移效率低、催化剂不可循环等瓶颈。

朱拉隆功大学联合瑞典研究团队在《Bioresource Technology》发表研究，通过湿法浸渍制备ZrO₂
/Beta分子筛催化剂，实现木糖、半纤维素及EFB一步法高效转化。关键技术包括：1) 采用BEA结构分子筛提供空间限域效应；2) 通过NH₃
-TPD和Py-IR表征Br?nsted/Lewis酸分布；3) 在200°C/20 bar N₂
条件下进行溶剂热反应；4) 使用泰国Surat Thani产EFB原料(含24.5%半纤维素)。

【Catalysts performance】
对比实验显示：无催化剂时EL产率为0；Purolite树脂催化剂EL产率仅2.1%；Zr-Beta使木糖转化率达98.3%，EL选择性达41%。表征证实ZrO₂
分散度与转移氢化活性正相关。

【Conclusion】
该研究实现三大突破：1) 木糖→EL路径产率提升至40.3%，较传统乙醇体系提高5倍；2) 首次直接转化EFB获得52.9%EL产率；3) 催化剂循环3次活性保持>90%。通过精准调控ZrO₂
与分子筛的酸性位点协同作用，攻克了C5糖→呋喃甲醛(FF)→糠醇(FA)→EL的多步反应能垒。

该工作由Songkeid Kaewmuangphet等完成，获泰国TSRI和瑞典Mistra SafeChem基金支持。其重要意义在于：1) 建立农业废弃物高值化转化新范式；2) 开发首个适用于弱氢供体乙醇的高效非均相催化体系；3) 为生物精炼工艺提供吨级放大理论依据，PMI(过程质量强度)指标优于同类研究30%以上。催化剂表征显示，ZrO₂
在Beta笼中的高度分散态是维持FA中间体稳定性的关键，这种"纳米反应器"结构使TOF值达28 h^-1
，显著优于均相催化剂InCl₃
(TOF 5.2 h^-1
)。研究为碳中和目标下的生物燃料生产提供了兼具经济性与环境友好性的解决方案。