铜摩尔比对镍铜/铝硅酸盐催化剂在愈创木酚加氢脱氧反应中性能影响的系统研究

为解决生物油中高含氧量导致的燃料性能缺陷，研究人员系统研究了不同Cu/(Ni+Cu)摩尔比的Ni-Cu/Al2O3-SiO2催化剂在愈创木酚加氢脱氧(HDO)反应中的性能。结果表明，单金属Ni催化剂活性最高，而Cu的添加形成富铜合金颗粒降低反应速率，但铝硅酸盐载体可促进绿色燃料环己烷的生成。该研究为生物油精制催化剂设计提供了重要理论依据。

　　

化石燃料的不可持续性和环境问题日益严峻，开发基于生物质的新型绿色燃料成为全球研究热点。快速热解生物油虽具潜力，但含氧量高达300多种化合物导致其酸度高、热值低、稳定性差，必须通过加氢脱氧(HDO)精制处理。愈创木酚作为含羟基和甲氧基的模型化合物，是研究HDO反应机制的理想选择。尽管镍铜(NiCu)双金属催化剂在氢化反应中表现出协同效应，但其在HDO反应中的性能存在争议——部分研究显示单金属Ni催化剂反而更优，这种矛盾可能与载体特性、金属粒径分布等因素相关。

为厘清铜(Cu)对HDO反应的真实影响，研究人员设计了一系列Cu/(Ni+Cu)摩尔比(0-1.0)的催化剂，分别负载于Al₂O₃和两种铝硅酸盐载体上，在250°C、H₂压力6.9MPa的批次反应器中系统评估其性能。研究采用X射线衍射(XRD)分析晶体结构，透射电镜(TEM)观察金属颗粒形貌，程序升温还原(TPR)测定催化剂还原性能，并结合气相色谱(GC)定量反应产物。

结果与讨论显示：单金属Ni催化剂在所有体系中活性最高，因其更易形成HDO反应所需的金属Ni活性位点。Cu的引入导致富Cu合金颗粒增大，显著降低表观初始反应速率，这种现象在铝硅酸盐载体上尤为明显。值得注意的是，Ni主导双金属催化剂的氢化路径，而单金属Cu催化剂则倾向直接脱氧路线。载体改性显著提升了环己烷（完全脱氧产物）的选择性，甚至使单金属Cu催化剂也获得该能力。

结论部分强调：铝硅酸盐载体通过调变酸性位点可优化产物分布，而金属组分比例直接影响反应路径选择。该研究不仅证实单金属Ni催化剂在HDO反应中的优势地位，还揭示了载体酸性对完全脱氧的关键作用，为生物油两段式精炼工艺的催化剂设计提供了明确指导——第一阶段低温处理宜采用高Ni含量催化剂，而第二阶段深度脱氧需结合特定酸性载体。论文发表于《Applied Catalysis A: General》，其系统性的实验设计和机理分析对推动可再生燃料产业化具有重要参考价值。