生物质热解油低温加氢稳定化处理中PtMoNi/AL-AC催化剂的开发与性能研究

针对生物质热解油(PO)因含大量易聚合含氧组分导致的稳定性难题，加拿大自然资源部CanmetENERGY Devon团队开发了PtMoNi/γ-Al2O3-活性炭(AL-AC)复合催化剂，在250℃温和条件下实现47 wt%脱氧率和84%碳保留，通过XRD/TEM/XANES等多维表征揭示其优异性能源于适中的酸性强度与强金属-载体相互作用。该研究为生物油低温稳定化提供了新型催化剂设计策略。

　　

随着全球对碳中和目标的推进，生物质能源的开发利用成为降低交通运输领域碳排放的关键路径。其中，通过热解技术将林业废弃物等生物质转化为热解油(Pyrolysis Oil, PO)具有重要应用前景，但这种富含氧含量高达50 wt%的液体燃料存在致命缺陷——含有大量易聚合的醛类、酮类和羧酸等含氧化合物，在高温处理时极易结焦堵塞反应器。更棘手的是，这些活性组分共存时会催化缩合反应，形成难以处理的焦炭。如何在不损失液体收率的前提下实现PO的低温稳定化，成为生物燃料产业化的"卡脖子"难题。

加拿大自然资源部下属的CanmetENERGY Devon研究中心（地址：One Oil Patch Drive, Devon, AB T9G 1A8, Canada）的Sandeep Badoga团队创新性地设计了三金属催化剂体系。研究人员选择镍(Ni)作为主活性组分发挥氢化/氢解优势，钼(Mo)促进C-O键断裂，铂(Pt)增强加氢路径，并创造性地采用γ-氧化铝(γ-Al₂O₃)与活性碳(AC)复合载体，通过系统优化在250℃、14MPa的温和条件下，实现47%脱氧率和84%碳保留的平衡。这项突破性成果发表在《Cardiovascular Revascularization Medicine: Interesting Cases》上，为生物油低温稳定化提供了新思路。

研究团队运用X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附(BET)、透射电镜(TEM)、X射线近边吸收谱(XANES)等先进表征技术，结合氨程序升温脱附(NH₃-TPD)酸性测试，揭示了PtMoNi/AL-AC催化剂性能卓越的微观机制。在235-280℃范围内对掺混20 wt%丁醇的木质PO进行批次反应器测试，通过元素分析、羰基/羟基含量测定和微量残碳分析综合评价催化效果。

材料特性
N₂吸附-脱附显示混合载体具有介孔结构，比表面积达312 m²/g，优于单一载体。XRD图谱证实AC-AL载体上金属分散度更高，TEM-EDS显示PtMoNi活性组分呈纳米级均匀分布。

催化性能
在最优条件（250℃/4h/催化剂:PO=0.1 g/g）下，PtMoNi/AL-AC表现出：

• 羰基转化率较PtMoNi/AL提高35%
• 微量残碳降低至1.8 wt%
• 液体产物H/C比提升至1.52

构效关系
XANES分析表明混合载体促进MoS₂活性相形成，NH₃-TPD显示中等酸强度（酸量0.68 mmol/g）既能催化C-O键断裂又避免过度裂解；拉曼光谱证实AC组分有效抑制碳沉积，金属-载体相互作用强度序列为AL-AC > AL > AC。

该研究证实混合载体产生的协同效应是突破性能瓶颈的关键：氧化铝提供结构稳定性和适宜酸性，活性碳增强疏水性和金属分散，二者结合实现"1+1>2"的效果。相较于传统高温处理（>300℃）工艺，该低温催化体系可减少25%的能耗，同时将液体收率提高18个百分点。这些发现不仅为生物油稳定化提供了可工业化的催化剂设计方案，更开创了通过载体复合调控金属-载体相互作用的新范式，对第二代生物燃料开发具有里程碑意义。研究团队特别指出，下一步将探索该催化剂在连续流动反应器中的长期稳定性，并评估其与现有石油炼化设施的兼容性。