随着社会与科技的发展,不可再生的化石能源被大量消耗,随之而来的能源危机及环境问题日益突出。生物质能源是一种绿色环保的可再生能源,具有环境友好、含量丰富以及成本较低的特性,吸引了众多学者和工业从业者的研究与开发,这对缓解能源危机和走可持续发展路线,具有十分重要的意义。油脂和高级脂肪酸因为其含量丰富来源广等特点成为最具发展前景的生物质资源之一,利用高级脂肪酸生产长链烷烃用作航空油被人们广为探索和研究。以高级脂肪酸为原料制备长链烷烃一般采用加氢法,该方法需使用氢气作为氢源,存在氢气的储存和运输安全等问题。同时该方法使用有机物作为溶剂,不利于环保以及产物的分离。而且该方法一般采用贵金属Pt或Pd作为催化剂或复杂的负载型催化剂,需要氢预处理,工艺复杂,导致高成本。本研究首次提出用廉价金属Zn作为还原剂,廉价金属Ni和雷尼镍作为催化剂,水热条件下分解水产原位氢转化高级脂肪酸为长链烷烃。本研究采用廉价易得的金属镍作为催化剂,无需使用纯氢气和有机溶剂,具有简单安全、绿色环保等特点。同时,本研究还使用雷尼镍作为催化剂,在水热条件下催化转化高级脂肪酸产长链烷烃,缩短了反应时间、减少催化剂和还原剂Zn的用量。首先,研究中以金属Zn为还原剂、廉价金属为催化剂,在水热条件下对高级脂肪酸(十六酸为模型化合物)进行催化转化产长链烷烃。筛选出Ni作为最佳催化剂,并通过优化各个反应条件,得到以十六酸为模型化合物时,Ni-Zn体系催化转化十六酸产十五烷的最优反应条件为:十六酸0.1 mmol,还原剂Zn 2.0 mmol,催化剂Ni 1.0 mmol,水填充率40%,反应时间16 h,反应温度300 ~oC,十五烷的最高产率为90%。然后,讨论了催化剂镍的稳定性,发现催化剂镍在使用三次以后仍然保持高的催化活性,十五烷的产率高达83%以上。通过使用高级脂肪酸/酯的模型化合物十八酸、十二酸及十六酸甲酯作为原料,在上述最佳反应条件反应,得到了高产率的对应少一个碳的长链烷烃。说明了本反应体系具有很高普适性。进一步,通过缩短反应时间,研究中间产物的变化,并依据中间产物的变化,研究了转化脂肪酸产烷烃的反应机理。结果表明,高级脂肪醛和高级脂肪醇为主要中间产物,据此,推测反应机理为高级脂肪酸先还原为高级脂肪醛,然后通过两条路径得到少一个碳的烷烃,一个是醛直接脱羰基得到,另一个是醛变为醇,再由醇转化为少一个碳的烷烃。最后,考察了雷尼镍为催化剂,在水热条件下催化转化高级脂肪酸以得到长链烷烃的有效性。结果表明,以十六酸为模型化合物时,与使用镍作为催化剂时一样的最佳反应条件下,十五烷产率相似,但有效地缩短了反应时间与减少了催化剂和还原剂锌的用量,表明雷尼镍催化剂比一般镍具有明显高的催化活性。雷尼镍催化转化十六酸产十五烷烃的最佳反应条件:十六酸0.1 mmol,锌1.0 mmol,催化剂雷尼镍3 mg,反应时间8 h,反应温度300°C,水填充率40%,获得十五烷烃的最高产率为89.2%。