钇掺杂介孔拟有序氧化铝负载NiW催化剂在加氢脱硫反应中的性能优化与机理研究

本研究针对石油馏分中硫化合物含量持续升高带来的环保挑战，通过溶胶-凝胶法合成钇(Y)掺杂介孔拟有序氧化铝(AlY-x)载体，并制备NiW/AlY-x加氢脱硫(HDS)催化剂。研究发现Y掺杂可提升载体稳定性、改善织构性质、增加CO2吸附能力，并优化酸-碱性质，使NiW/AlY-1.0催化剂的3MT脱硫活性达到无钇样品的4.6倍，且选择性集中于直接脱硫路径(DDS)，为清洁燃料生产提供了新策略。

　　

随着全球环保法规日益严格，石油馏分中硫化合物的深度脱除成为炼油工业的重大挑战。传统氧化铝载体在加氢脱硫(HDS)催化剂中存在活性相分散不足、金属-载体相互作用弱等问题，而有序介孔材料虽能改善扩散性能，却难以平衡结构稳定性与催化活性。更棘手的是，近年关于HDS催化剂改进的研究显著减少，与持续增长的环保需求形成鲜明矛盾。

针对这一技术瓶颈，墨西哥国立自治大学的研究团队创新性地将两种改性策略相结合：通过有序孔道结构优化传质性能，同时利用钇(Y)掺杂调控氧化铝体相与表面特性。研究人员采用一锅式溶胶-凝胶法，以柠檬酸和P-123为辅助剂，制备了系列AlY-x载体（x=0,0.5,1.0,1.5，代表氧化铝晶胞中Y取代数）。这些载体经800°C和1000°C煅烧评估稳定性后，用于负载NiW活性组分，最终催化剂在3-甲基噻吩(3MT)、二苯并噻吩(DBT)及模型柴油馏分的HDS反应中表现出卓越性能。相关成果发表在《Applied Catalysis A: General》上。

研究团队运用了多项关键技术：通过氮气吸附-脱附测定织构性质，CO₂-TPD分析碱性位点，zeta电位表征等电点，UV-Vis DRS和XPS揭示电子结构，HRTEM观测WS₂纳米片堆叠状态。催化评价采用连续流动反应器(3MT)和高压釜式反应器(DBT)两种体系，结合GC-MS对产物分布进行定量分析。

载体表征
热重分析显示Y掺杂使材料热分解平台区提前至550°C，DTGA曲线出现135°C、260°C和380°C三个特征失重峰，分别对应表面水/模板剂蒸发、硝酸盐分解和碳物种氧化。氮吸附测试表明AlY-1.0具有最优织构性能，比表面积达151 m²·g^-1，孔径分布集中在7 nm，且呈现H2型滞后环。CO₂吸附量随Y含量呈火山型变化，AlY-0.5样品吸附量(40.8 μmol·g^-1)为无钇样品的4.5倍。XPS拟合O 1s谱发现Y掺杂使表面晶格氧(O_lat)占比从27.3%提升至42.5%，羟基氧(O_OH)相应减少，证实Y优先占据表面位点。

催化剂性能
HRTEM统计显示NiW/AlY-1.0中WS₂纳米片平均长度最短(2.2 nm)，边缘钨原子占比(W_Edge/W_Total)高达0.44。XPS定量表明该催化剂NiWS相占比达60.8%，且W⁴⁺(WS₂)物种占45.9%。在3MT脱硫反应中，NiW/AlY-1.0表现出315.8×10^-8 mol·g_cat^-1·s^-1的反应速率，活化能低至77 kJ/mol，产物中异构烯烃(iC₄)选择性达89%。DBT脱硫实验更显示其初始反应速率是无钇催化剂的4.6倍，且97%产物通过DDS路径生成。

这项研究通过精准调控Y掺杂量，实现了氧化铝载体"结构-性能"关系的优化。介孔拟有序结构保障了反应物高效传输，而表面钇物种不仅增强CO₂吸附能力，更通过电子效应促进WS₂纳米片分散和NiWS活性相形成。特别值得注意的是，催化剂在保持高DDS选择性的同时，有效抑制了烯烃氢化副反应，这对FCC汽油馏分的深度脱硫具有重要应用价值。该工作为设计新一代HDS催化剂提供了理论依据和实践范本，其"孔道工程-掺杂化学"协同策略亦可拓展至其他多相催化体系。