沸石Y与SBA-15复合载体负载NiPt催化剂在温和条件下高效催化苯甲醚加氢脱氧反应研究

为解决生物油高氧含量导致的黏度高、热值低等问题，研究人员设计了一种基于沸石Y与SBA-15复合载体的NiPt双金属催化剂（5 wt% Ni-0.5 wt% Pt），用于苯甲醚（AN）加氢脱氧（HDO）制取环己烷（CHA）。通过调控载体酸性和金属分散性，该催化剂在200°C、6.8 MPa温和条件下实现了97.1%的AN转化率和92.3%的CHA选择性，且展现出优异的循环稳定性。该研究为生物油升级为高附加值燃料提供了高效催化策略。

　　

研究背景与意义
化石燃料的过度消耗和环境问题促使人们寻找绿色能源替代品。生物油作为生物质热解产物，虽具有碳中和特性，但其高氧含量（35-45 wt%）导致黏度高、热值低（16-19 MJ/kg），无法直接用作燃料。加氢脱氧（HDO）是生物油升级的关键技术，但现有催化剂面临金属分散性差、酸性位点不可控等问题。如何设计兼具高活性和选择性的催化剂成为研究难点。

研究设计与方法
某研究团队通过水热合成法制备了具有核壳结构的沸石Y（微孔）/SBA-15（介孔）复合载体（Y(X)-S，X=30或60 wt%），并采用初湿浸渍法负载NiPt（5 wt% Ni-0.5 wt% Pt）。通过XRD、N₂吸附-脱附、H₂-TPR、NH₃-TPD等技术表征材料性质，并在200°C、6.8 MPa条件下测试苯甲醚HDO性能。

研究结果

1. 载体与催化剂特性
   复合载体保留了沸石Y的微孔（0.74 nm）和SBA-15的介孔（8.8-9.0 nm），形成分级孔道结构。NiPt/Y(60)-S中NiO晶粒尺寸（5.8 nm）小于单一载体催化剂（NP/Y为20.1 nm），金属分散度提高至13.1%。酸性调控显示NP/Y(60)-S含中强酸位点（299 μmol NH₃/g），显著高于纯SBA-15载体（58 μmol NH₃/g）。

2. 催化性能
   NP/Y(30)-S表现出最优活性：AN转化率97.1%，CHA选择性92.3%，且副产物1,1′-联环己烷（BCHA）生成量低于纯沸石Y催化剂（10%→2%）。机理研究表明，CHA主要通过MTCH（甲氧基环己烷）和CHL（环己醇）中间体的平行路径生成，而BCHA由环己烯（CHE）与AN的酸催化缩合产生。

3. 稳定性与动力学
   催化剂在3次循环中保持稳定活性，但CHA选择性略有下降（~5%）。建立的动力学模型（含7个一级反应）显示，CHA生成速率常数k₅达0.42 h^-1，显著高于副反应路径（k₆=0.08 h^-1）。

结论与意义
该研究成功构建了具有分级孔道和可控酸性的NiPt/Y(X)-S催化剂，其核壳结构促进了反应物扩散与金属-酸位点协同作用。在温和条件下实现苯甲醚高效转化为环己烷，为生物油定向转化为高值烷烃提供了新思路。未来可通过优化沸石Y含量（如40-50 wt%）进一步平衡酸性与金属分散性，推动HDO催化剂的工业化应用。