硅基负载磷化钼催化废食用油高效加氢脱氧制备可持续绿色燃料的研究

本研究针对生物质废料转化中的催化剂性能瓶颈，开发了硅基负载磷化钼(MoP/SiO2 )催化剂，通过系统比较圆柱状与三叶草状载体形貌差异，发现三叶草状硅载体(MoP/SiO2 -t)在甘油三油酸酯(GLY)和废食用油(UCO)加氢脱氧(HDO)反应中表现最优，100小时长期测试显示转化率>95%，C18 烃类选择性达80%，为工业级生物柴油生产提供了高效稳定的催化解决方案。

　　

随着全球气候变暖加剧，减少化石燃料依赖已成为迫在眉睫的挑战。欧盟计划到205年将交通运输领域CO₂
排放减少75%，其中可持续航空燃料需占比70%以上。传统生物柴油(FAME)存在冷滤点高、能量密度低等缺陷，而植物油加氢处理(HVO)技术能生产性能更优的"绿色柴油"，但现有催化剂面临硫化物需活化、贵金属成本高、过渡金属易失活等瓶颈。

为解决上述问题，研究人员开发了基于硅载体的磷化钼(MoP)催化剂体系。通过X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、氨程序升温脱附(NH₃
-TPD)、透射电镜(TEM)等技术表征发现，三叶草状硅载体(MoP/SiO₂
-t)的MoP颗粒分散度最佳(≈1.1 nm)，具有适中的酸性位点。在2 MPa氢压、300°C条件下，该催化剂对甲基月桂酸酯(ML)转化率达81%，C₁₂
烃选择性93%；处理50%废食用油时转化率提升至92%，100小时测试保持95%转化率，氧脱除率达77%。

主要技术方法包括：1)采用磷酸盐法制备15 wt.% MoP负载催化剂；2)通过固定床滴流反应器评估催化性能；3)使用元素分析仪直接测定产物氧含量；4)采用拉曼光谱分析积碳性质。

【结果与讨论】

1. 载体形貌影响：三叶草状硅载体比圆柱形载体具有更小的MoP粒径(1.1 vs 1.8 nm)，TEM显示其分散度更优，流体动力学特性促进传质效率。
2. 酸性位点作用：NH₃
   -TPD证实硅铝载体含强酸位易导致副反应，而纯硅载体的中等酸度更利于HDO路径。
3. 原料浓度效应：90%高浓度GLY使转化率降至78%，但C₁₈
   烃选择性仍保持80%，表明催化剂对高粘度原料适应性良好。
4. 实际应用验证：废食用油因含游离脂肪酸等活性组分，其转化率(92%)反超模型化合物GLY(82%)，印证工业化应用潜力。

该研究创新性地将工业级挤出成型催化剂应用于HVO领域，证实MoP/SiO₂
-t催化剂兼具高活性与长周期稳定性。其碳沉积量少(拉曼D/G峰强度比≈1)、无需预硫化等特点，为开发下一代生物炼化催化剂提供了新思路。特别值得注意的是，使用废食用油原料配合绿氢时，CO₂
减排可达90%以上，完美契合欧盟可再生能源指令(DIRECTIVE (EU) 2018/2001)要求，对实现交通领域碳中和目标具有重要战略意义。