MgO修饰Al2O3负载超小Ru纳米颗粒催化剂实现氢醌高效选择性加氢制1,4-环己二醇

为解决氢醌（HQ）选择性加氢制1,4-环己二醇（1,4-CHD）的工业化难题，研究人员开发了MgO修饰Al2O3负载超小Ru纳米颗粒催化剂（3%Ru/3%MgO/Al2O3）。该催化剂在固定床反应器中实现100% HQ转化率和98.5% 1,4-CHD选择性，并展现3000小时稳定性。通过调控载体酸性和Ru分散度，有效抑制羟基脱水副反应，为强放热反应工业化提供新策略。

　　

在医药和液晶材料领域，1,4-环己二醇（1,4-CHD）作为关键中间体需求旺盛，但其传统合成面临催化剂效率低、副反应多等挑战。尽管贵金属催化剂（如Ru、Rh、Pd）活性优异，但高昂成本和反应控制难题制约工业化应用。更棘手的是，氢醌（HQ）加氢是强放热反应（-178.2 kJ/mol），传统间歇釜工艺存在传热不均、催化剂回收困难等问题。

针对这些瓶颈，中国石化催化剂有限公司的研究团队创新性地设计了一种MgO修饰Al₂O₃负载超细Ru纳米颗粒催化剂（3%Ru/3%MgO/Al₂O₃）。通过精确调控载体酸性，不仅实现Ru纳米颗粒平均粒径低至1.72 nm的高分散体系，更有效抑制了羟基脱水副反应。在固定床反应器中，该催化剂在100°C、5.0 MPa条件下实现HQ完全转化和98.5%的1,4-CHD选择性，并保持3000小时稳定性。研究还提出通过溶剂稀释和提升氢油比（H/O）调控反应热的工程方案，为强放热反应的工业化提供了重要参考。该成果发表于《Applied Catalysis O: Open》。

关键技术包括：过量浸渍法制备催化剂，通过XRD、TEM、H₂-TPR（程序升温还原）、NH₃-TPD（程序升温脱附）和XPS表征材料性质，在22 mm直径固定床反应器中评价催化性能，采用GC-MS分析产物。

3.1 催化剂表征
BET测试显示MgO修饰使催化剂比表面积达237 m²/g，孔径分布集中在8-15 nm。TEM证实3%MgO添加使Ru粒径最小化至1.72 nm（未修饰时为2.62 nm）。XRD发现MgO抑制了NaAlO₂杂质相形成，促进MgAl₂O₄生成。H₂-TPR显示3%MgO样品还原温度最低（72°C），XPS表明其Ru(0)/Ru(IV)比例达4.4（未修饰仅1.3），证实MgO提升Ru还原性。

3.2 氢醌加氢性能
在优化条件（5.0 MPa, 100°C, WHSV 0.35 h^-1）下，3%Ru/3%MgO/Al₂O₃的1,4-CHD选择性较未修饰催化剂提升30%。副产物分析表明MgO将环己烷（CyH）和环己醇（CyOH）含量从22.35%降至1.20%。过程监测显示提高氢油比（10:1）和降低原料浓度（20 wt%）可有效控制反应热，避免局部过热导致的副反应。

这项研究通过"酸性调控-纳米分散-工程优化"三重策略，解决了HQ加氢反应的活性和选择性矛盾。MgO修饰不仅优化Ru电子状态，其碱性环境更形成"保护罩"抑制羟基脱水。固定床工艺的连续化设计相比间歇反应能耗降低40%，且催化剂无需分离。该工作为芳环选择性加氢提供了普适性解决方案，尤其对医药中间体绿色合成具有重要示范意义。