硬脂酸改性NiFe2O4纳米催化剂在重油高效催化升级中的应用与机理研究

本期推荐一项关于重油催化升级的创新研究。团队成功合成硬脂酸修饰的磁性纳米催化剂（NiFe2O4@SA），通过水热催化（Aquathermolysis）使重油粘度降低76.6%，并显著提升油品质量。该催化剂具备优异的热稳定性、分散性和磁性回收性能，为开发高效、可循环的重油升级技术提供新策略。

　　

Highlights

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  成功合成硬脂酸改性NiFe₂O₄纳米催化剂（NiFe₂O₄@SA），具备优异分散性与磁性。

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  系统表征包括扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）、振动样品磁强计（VSM）等证实其结构与稳定性。

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  在260°C、3 MPa、16小时水热条件下，使用NiFe₂O₄@SA与四氢萘（Tetralin）作为供氢体，重油粘度降低76.6%。

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  催化剂循环使用5次后仍保持稳定催化活性与结构完整性。

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  提出C–S键断裂的反应机制，涉及Ni²⁺配位与Fe³⁺极化促进杂原子脱除。

Catalysts characterization

为确定硬脂酸最佳用量，在制备NiFe₂O₄@SA时添加不同量硬脂酸。结果如图S1所示：随硬脂酸添加量增加，催化剂表面水接触角逐渐增大。当硬脂酸添加量为2.5 g时，水接触角达到146.0°；继续增加至3.0 g时，水接触角保持146.0°不变，表明2.5 g已达到表面改性饱和。

Conclusions

本研究通过水热法成功合成硬脂酸改性纳米催化剂（NiFe₂O₄@SA），并利用SEM、XRD、XPS、FT-IR、TGA、VSM和分散性测试进行系统表征。结果证实该催化剂为硬脂酸通过配位键修饰的NiFe₂O₄纳米颗粒，具有优异的热稳定性和磁性。

研究考察了四种水热升级方案：（1）直接水热裂解；（2）加入四氢萘作为供氢体的水热裂解；（3）仅使用NiFe₂O₄@SA催化剂（不添加供氢体）；（4）同时使用NiFe₂O₄@SA和四氢萘。方案4#显著降低重油粘度（76.6%），并大幅提升油品质量。