疏水改性埃洛石纳米管负载钼催化剂在温和条件下高效氧化脱硫研究

针对燃油氧化脱硫过程中催化剂易聚集、反应温度高等问题，研究人员开发了基于烷基硅烷改性埃洛石纳米管(Hal)的疏水型Mo催化剂。通过调控载体疏水性(C8-Hal-Mo)，在40°C低温条件下30分钟内实现二苯并噻吩(DBT)完全转化，催化剂可循环使用5次以上，为绿色燃料生产提供了新策略。

　　

随着全球能源需求激增和环境法规日趋严格（如欧盟Kazancoglu等2021年提出的标准），燃油脱硫技术面临重大挑战。传统加氢脱硫(HDS)需高温高压且消耗大量氢气，而氧化脱硫(ODS)因其温和条件成为研究热点。然而现有ODS催化剂存在明显缺陷：极性载体（如硅胶、埃洛石Hal）易吸附水分子，阻碍非极性含硫底物扩散，往往需要70-80°C反应温度，导致烃类组分过度氧化的风险。

莫斯科国立大学（Lomonosov Moscow State University）的研究团队创新性地提出疏水化改性策略，通过两步法合成烷基硅烷修饰的埃洛石负载钼催化剂。研究显示，当采用辛基三甲氧基硅烷(OTES)改性时，载体润湿边缘角从40.5°提升至137.6°，即使负载七钼酸铵后仍保持59.1°的疏水性。这种"疏水装甲"有效防止了过氧化氢环境中催化剂颗粒聚集，使DBT在40°C低温下30分钟内完全转化（H₂O₂:S=4:1），远优于文献报道的同类催化剂（如Guo等2023年需60°C）。相关成果发表于《Applied Clay Science》。

关键技术包括：1) 过氧化氢活化Hal表面硅醇基团；2) 烷基硅烷疏水化修饰（OTES/PTES）；3) 七钼酸铵浸渍法负载活性Mo组分；4) 采用接触角测量、低温N₂吸附-脱附、高分辨透射电镜(HRTEM)等技术表征材料特性；5) 以二苯并噻吩(DBT)-甲苯模拟燃料体系评估催化性能。

【材料表征】

通过X射线荧光(XRF)证实Mo成功负载（2.5-3.0 wt%），热重分析(TGA)显示改性后催化剂热稳定性达300°C。氮吸附显示载体保持Hal特有的介孔结构（比表面积≈60 m²/g），孔径分布证明烷基链成功接枝。

【疏水性能】

接触角测试揭示关键规律：烷基链越长（C₈ > C₃），疏水性越强（C₈-Hal润湿角137.6° vs C₃-Hal 92.3°），催化剂分散性越好。这种特性显著降低反应温度需求，C₈-Hal-Mo在40°C即达100%转化，而未改性Hal-Mo需60°C。

【催化机制】

FT-IR证实Mo=O活性位点保留，疏水层促进DBT分子接近活性中心。氧化产物DBTO₂因极性增强自动脱离催化剂表面，避免活性位点中毒。循环实验显示催化剂经5次使用后活性仅下降7%，再生处理可恢复性能。

该研究突破性地证明：载体疏水性是低温ODS的关键控制因素。相比传统离子液体改性法（Jiang等2014），烷基硅烷修饰成本更低；相较于Fraile等2016年报道的钛/硅体系，反应温度降低33%。研究成果为开发"双功能"催化剂（兼具疏水性与高活性）提供新思路，对实现《巴黎协定》减排目标具有重要实践意义。未来可进一步探索不同烷基链长度与活性金属的协同效应，以及工业化放大生产的可行性。