以天然模板合成 NiO / 介孔硅铝酸盐纳米颗粒用于绿色柴油生产：Si/Al 比的关键作用

为解决化石燃料污染及生物燃料原料问题，研究人员以天然模板合成 NiO / 介孔硅铝酸盐纳米颗粒，研究 Si/Al 比对其催化废弃食用油制绿色柴油性能的影响。结果表明，NiO/M50 表现优异，该研究为绿色柴油生产提供新路径。

　　

随着全球人口不断增长，对能源的需求也日益增加。在众多能源中，化石燃料长期以来占据着主导地位。然而，它带来的问题却越来越严重。化石燃料燃烧会释放出大量的温室气体，像 CO_x、NO_x、SO_x 等，这些气体就像给地球裹上了一层越来越厚的 “毯子”，导致全球气候变暖。据相关数据显示，印度尼西亚在 1990 年到 2019 年间，温室气体排放量大幅增加，甲烷排放量也跟着上升。这不仅引发了极端气候，如洪水、风暴肆虐，还严重影响了人们的健康，许多人因空气污染患上中风、心脏病、肺癌等疾病。

与此同时，生物燃料作为一种替代能源，进入了人们的视野。它有着高燃烧效率、低 CO₂ 排放的优点。但早期用食用植物油生产生物燃料，又引发了粮食安全问题。于是，人们把目光投向了非食用油，其中废弃食用油（WCO）因其来源广泛备受关注。不过，WCO 中高含氧量又成了新难题，它会降低燃烧值，限制其作为化石燃料替代品的效率。

在这样的背景下，印度尼西亚的研究人员开展了一项重要研究。他们致力于利用天然模板合成 NiO / 介孔硅铝酸盐纳米颗粒，来将废弃食用油转化为绿色柴油，并着重探究 Si/Al 比在这个过程中所起的作用。研究成果发表在了《Biomass and Bioenergy》上。

研究人员在这项研究中，运用了多种关键技术方法。首先是溶胶 - 凝胶法（sol - gel method），通过这种方法合成了不同 Si/Al 比（30 - 60）的介孔硅铝酸盐纳米颗粒。接着采用湿浸渍法（wet impregnation）将 5% 的 NiO 负载到介孔硅铝酸盐上。最后利用 X 射线衍射（XRD）分析技术，对合成的催化剂进行物相鉴定，以了解其结构特征。

研究结果

1. 催化剂结构特征：在未负载 Ni 之前，M50 样品在 2θ = 21 - 30° 出现一个宽峰，这是由于无定形二氧化硅框架导致的。而且没有检测到对应结晶 SiO₂ 或 Al₂O₃ 相的衍射峰，说明原料已完全转化为无定形的介孔硅铝酸盐，Al³⁺ 有效地整合到了结构中。负载 NiO 后，NiO 在介孔硅铝酸盐上分散良好，粒径在 12.5 - 16.6nm 之间。NiO/M50 拥有圆柱形孔隙，比表面积高达 152m²/g ，并且 V_meso/V_micro 比值（833.3）较为理想，这种结构有利于反应物的传质和扩散。
2. 催化性能：随着 Si/Al 比的增加，催化性能得到提升，实现了 100% 的油转化率，液体产率在 60.65% - 69.42% 之间。NiO/M50 对 C8 - C20 烃类的选择性达到了约 96%。不过，当 Si/Al 比较低时，对 C15 - C17 烃类的选择性会略有下降，这是因为在高酸性催化剂上发生了裂解反应，生成了短链烃类。此外，NiO/Mx 系列催化剂改变了反应路径，使反应从热裂解转变为通过脱羧途径进行脱氧。

研究结论与讨论

这项研究成功地利用天然模板合成了不同 Si/Al 比的 NiO / 介孔硅铝酸盐纳米颗粒，并将其应用于废弃食用油转化为绿色柴油的反应中。研究发现，Si/Al 比的变化对催化剂的结构和性能有着显著影响。NiO/M50 展现出了优异的性能，在绿色柴油生产方面具有很大的潜力。这一研究成果为解决能源和环境问题提供了新的思路和方法，不仅有效利用了废弃食用油，减少了环境污染，还为绿色柴油的生产开辟了一条可持续发展的道路。它也为后续相关领域的研究提供了重要的参考，推动了生物燃料领域的进一步发展。