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为解决甘油高值化利用及寻找高效制备丙烯醛的方法，研究人员以 FePO4为催化剂，研究其在甘油气相脱水制丙烯醛反应中的性能。发现 600℃煅烧的 FePO4对丙烯醛选择性最高，催化剂失活主因是转化为 Fe2P2O7 ，且可原位氧化再生，为相关工业应用提供参考。
在全球环境问题日益严峻的当下，化石燃料的广泛使用让温室气体排放量不断攀升，开发清洁可再生能源迫在眉睫。生物柴油作为环保的替代能源，其产业发展迅速。然而，在生物柴油生产过程中，会产生大量副产物甘油，约占生物柴油产量的 10%。如何实现甘油的高值化利用，成为提升生物柴油产业链经济效益的关键。
丙烯醛作为重要的化学中间体，在精细化工合成领域用途广泛，比如用于合成蛋氨酸、丙烯酸和吡虫啉等。相较于传统石油基路线，以可再生甘油为原料合成丙烯醛，原料丰富、成本低，还符合绿色化学原则，有着显著的环境和经济效益。
不过，甘油作为含有伯羟基和仲羟基的多元醇化合物，其化学转化存在诸多挑战。在甘油脱水制备丙烯醛的反应中，催化剂的酸性性质，尤其是酸位点的类型和分布，对产物选择性起着决定性作用。布朗斯特酸位点（Br?nsted acid sites）是促进甘油转化为丙烯醛的关键活性中心，而路易斯酸位点（Lewis acid sites）则倾向于催化甘油生成羟基丙酮。酸强度也是影响催化性能的重要因素，酸强度过高会导致反应中间体在活性位点上过度吸附，进而形成积碳，降低催化剂的稳定性。此外，反应气氛的组成也会对催化性能产生显著影响，氧气气氛虽能抑制积碳形成，但可能导致产物过度氧化，增加副产物生成。
面对这些问题，来自国内的研究人员开展了以 FePO4为催化剂，催化甘油气相脱水制备丙烯醛的研究。研究发现，在优化条件下，FePO4对丙烯醛具有较好的催化性能。其中，600℃煅烧的 FePO4对丙烯醛的选择性最高，可达 93.2%。随着煅烧温度升高，FePO4会发生从鳞石英到磷铁锂矿结构的相变，但这种结构变化对催化性能影响较小。然而，在催化反应过程中，FePO4逐渐转化为焦磷酸铁（Fe2P2O7），这是导致催化剂失活、丙烯醛选择性下降的主要原因。有趣的是，失活的催化剂通过原位氧化热处理可有效再生，再生后的催化剂性能基本保持不变。这一研究成果对于推动甘油高值化利用以及相关化工产业的绿色发展具有重要意义，论文发表在《Applied Catalysis A: General》上。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。通过 X 射线衍射（XRD）分析催化剂的晶体结构，扫描电子显微镜（SEM）观察其表面形貌，比表面积及孔隙度分析仪（BET）测定比表面积，X 射线光电子能谱（XPS）分析元素组成和化学状态，氨程序升温脱附（NH3-TPD）表征酸位点分布，吡啶吸附红外光谱（Py-FTIR）确定酸位点类型 。
催化剂制备
研究人员采用水热法制备 FePO4催化剂。将 0.0247mol 的 Fe (NO)3·9H2O 和 0.0260mol 的 H3PO4加入 80mL 去离子水中，80℃搅拌 30 分钟后转移至 100mL 不锈钢高压釜，150℃加热 14 小时。所得固体在 60℃干燥 12 小时，再在空气气氛下以一定升温速率加热至指定温度并保持 4 小时。
催化剂性能
研究人员利用 H-600 催化剂优化反应条件。在氮气进料速率为 5mL/min 时优化反应温度，300℃时优化氮气进料速率。结果显示，反应温度为 280℃时，甘油转化率为 81.94%；温度升至 300℃时，甘油转化率达到 100% 并趋于稳定，不再随温度升高而变化。
在研究结论部分，FePO4在优化条件下对甘油气相转化为丙烯醛具有可观的催化性能。但随着反应进行，丙烯醛选择性逐渐下降，主要原因是 FePO4转化为 Fe2P2O7 。不过，FePO4可通过空气氧化再生，再生后催化性能几乎不变。不同煅烧温度制备的 FePO4虽存在差异，但该研究为理解 FePO4在甘油脱水制丙烯醛反应中的行为提供了重要依据，对开发更高效、稳定的催化剂，推动甘油高值化利用的工业化进程具有关键意义，有望为生物柴油产业副产物甘油的处理及丙烯醛的绿色合成开辟新路径。
