基于粉煤灰硅源构建铂负载分级HZSM-5催化剂用于剑麻生物油高效加氢脱氧（HDO）研究

本研究针对剑麻残渣生物油高粘度、低热稳定性等问题，开发了以粉煤灰提取硅源合成的铂负载分级HZSM-5催化剂，通过调控脱硅浓度（0.05–0.20 M NaOH）优化孔道结构。最佳催化剂HZ05Pt使烃类产率提升至68.8%，C9 –C12 和C13 –C20 选择性显著提高，氧含量降至14.26 wt%（O/C=0.15），为生物燃料升级提供可持续解决方案。

　　

随着全球气候变化与能源需求激增，生物燃料的可持续开发成为研究热点。剑麻残渣（Agave sisalana）衍生的生物油虽具有高热值（35 MJ/kg）和低O/C比（0.11），但其高粘度（353 MPa·s）、高倾点（55°C）和化学不稳定性严重限制了直接应用。传统加氢脱氧（Hydrodeoxygenation, HDO）工艺面临催化剂结焦、孔道扩散限制等问题，而商业硅源的高成本进一步制约了工业化进程。为此，巴西能源公司Engie支持的联合研究团队创新性地利用粉煤灰提取硅源（纯度97%），构建了铂（Pt）负载分级HZSM-5催化剂，通过精准调控脱硅程度与金属活性位点，实现了生物油高效转化，成果发表于《Journal of the Energy Institute》。

研究团队采用三大关键技术：1）粉煤灰硅源碱性水热提取（90°C盐酸预处理+120°C氢氧化钠溶出）；2）分级沸石合成（0.05–0.20 M NaOH脱硅构建介孔）；3）1 wt% Pt浸渍制备催化剂，并在高压釜反应器中评估剑麻生物油HDO性能。

研究结果
Silica extraction of the coal fly ash
X射线衍射证实粉煤灰硅提取成功，获得无定形硅（2θ=22.5°）与晶体杂质（莫来石、石英）分离，纯度达97%。

SEA Extracted for Fly Ash
脱硅浓度梯度实验显示，0.05 M NaOH处理的HZ05Pt催化剂形成最优介孔结构，比表面积提升至412 m²
/g，而过度脱硅（0.20 M）导致骨架坍塌。

Conclusion
HZ05Pt展现出卓越性能：烃类产率68.8%，C₉
–C₁₂
（15.89%）和C₁₃
–C₂₀
（30.86%）选择性显著提升，氧含量降至14.26 wt%（O/C=0.15）。对比发现，高脱硅催化剂HZ20Pt因结构降解导致氧残留量增至25.03 wt%。氮化物转化率低提示需优化氢解氮（Hydrodenitrogenation, HDN）路径。

讨论与意义
该研究首次将粉煤灰硅源与分级沸石策略结合，证实适度脱硅（0.05 M NaOH）能平衡介孔生成与酸性位保留，而Pt的引入通过协同氢解C–O键显著提升反应效率。成果不仅为高粘度生物油升级提供新方案，更开创了工业固废高值化利用路径，推动循环经济发展。局限性在于氮化物转化不足，未来需探索双金属（如Pt-Co）体系优化HDN活性。