过渡金属钼酸盐催化剂在加速氧化脱硫中的催化性能研究及其在重油脱硫中的应用

为解决重油原料引入燃料能源导致的脱硫技术瓶颈，研究人员系统研究了Fe、Co、Mn、Bi钼酸盐催化剂在硫化合物氧化脱硫（AODS）中的性能。通过XRD、FTIR、TGA、XPS等技术表征，发现含过量MoO3的双相铁钼酸盐（Fe2(MoO4)3-MoO3）在170°C下15分钟内实现100%二苯并噻吩（DBT）转化，质量比活性达172 mmol·g?1·h?1，并在真实减压瓦斯油（硫含量18000 ppm）中实现85%脱硫率。该研究为开发高效、温和条件的非加氢脱硫技术提供了新策略。

　　

随着原油品质劣化，传统加氢脱硫（HDS）技术面临苛刻反应条件、高能耗及氢气依赖等挑战，而氧化脱硫（AODS）因其温和条件和空气氧化剂优势成为研究热点。然而，现有催化剂在烷烃介质中活性不足，且反应时间长达数小时，制约了其在重油脱硫中的应用。莫斯科国立大学的研究团队通过系统筛选过渡金属钼酸盐催化剂，揭示了双相铁钼酸盐的协同催化机制，相关成果发表于《Fuel》。

研究采用共沉淀法合成Fe、Co、Mn、Bi钼酸盐，结合X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、程序升温还原（H₂-TPR）等技术分析其结构特性，并通过气相色谱和硫分析仪评估催化性能。重点考察了模型油（二苯并噻吩/十二烷）和真实减压瓦斯油的氧化脱硫效率。

催化剂表征：XRD证实双相催化剂含Fe₂(MoO₄)₃和α-MoO₃晶相，SEM显示钼酸盐呈颗粒状而MoO₃为片状结构。H₂-TPR表明过量MoO₃增加了晶格氧含量，XPS证实Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原对的存在。

催化性能：在150°C下，FeMo催化剂40分钟内实现DBT完全转化，较化学计量比样品（FeMo(stoich)）活性提高3倍。170°C时反应时间缩短至15分钟，质量比活性达172 mmol·g^?1·h^?1。自由基捕获实验表明超氧自由基（O₂^•?）是主要活性物种。

实际应用：双阶段氧化处理高硫减压瓦斯油（18000 ppm），硫含量降低85%，且催化剂经5次循环后活性稳定。

该研究阐明了晶格氧通过Mars-van Krevelen机制活化分子氧的路径，Fe³⁺/Fe²⁺循环加速了氧物种生成，而Mo位点直接参与硫底物氧化。这一发现为设计高效烷烃介质脱硫催化剂提供了理论依据，对重油清洁化加工具有重要意义。