经镧改性的SBA-15催化剂：用于从植物油中高效生产可再生烃类的新型催化剂

《Catalysis Today》：Lanthanum-Modified SBA-15 as a Robust Catalyst for Renewable Hydrocarbon Production from vegetable oil.

　　

摘要

向可再生能源系统的转型需要高效的催化剂，以便从甘油三酯原料中生产出适用于各种应用的碳氢化合物。在本研究中，通过两步pH调节的水热法合成了具有不同Si/La摩尔比（20、40和100）的有序介孔La-SBA-15材料，并在450°C、H₂流条件下，利用固定床反应器对这些催化剂进行了大豆原油加氢处理的性能评估。通过小角和广角XRD、N₂物理吸附、FTIR、SEM、TEM、AAS和NH₃-TPD等物理化学方法对催化剂进行了表征。结果表明，镧的引入保持了SBA-15的有序介孔结构，同时提高了其比表面积和介孔度，并改变了催化剂的酸性质。在所评价的催化剂中，La₂₀SBA-15表现出最佳的催化性能：30分钟内实现了完全转化，并在整个反应过程中对C₅–C₁₈碳氢化合物保持高选择性。产品分布以C₁₇–C₁₈碳氢化合物为主，而C₁₈/C₁₇比例表明氢脱氧途径在反应过程中起到了重要作用。CO、CO₂、H₂O和较轻碳氢化合物的同时生成也证实了脱羧、脱羰和二次裂解反应的平行发生。此外，TPO分析显示La改性的催化剂比原始SBA-15具有更低的积碳现象，表明其抗失活能力更强。这些发现表明镧是调整SBA-15表面性质的有效改性剂，有助于提高大豆原油加氢处理效果，从而获得更适合燃料使用的碳氢化合物。

章节摘录

引言

化石燃料导致的温室气体排放持续增加及其在大气中的积累被认为是全球气候变化的主要驱动因素。这些变化对环境可持续性和全球能源体系的长期安全构成了重大挑战[1][2]。除了环境问题之外，还需考虑与油价波动和石油储备预计枯竭相关的经济和社会影响[3]。

材料

用于合成SBA-15的材料包括：作为结构导向剂的三元共聚物Pluronic P123（EO₂₀PO₇₀EO₂₀，BASF公司）；盐酸（36%重量比，Synth公司）；以及正硅酸四乙酯（TEOS，C₈H₂₀O₄Si，98%，Aldrich公司）。六水合氯化镧（LaCl₃·7H₂O，Vetec公司）作为镧的前体；所有合成过程均使用去离子水进行。反应实验所用的大豆原油由巴西巴拉那州马林加市的一家当地农业合作社提供。

催化剂表征

图2(a)显示了SBA-15和La_XSBA-15样品的小角X射线衍射图。所有样品在低角区域都显示出三个明确的衍射峰，这些峰特征表明它们具有高度有序的六角形SBA-15介孔结构，说明无论合成条件如何，所有样品都保持了这种典型的六角形介孔结构。最强烈的衍射峰位于2θ = 0.93°处，对应于(100)晶面。

结论

研究结果表明，通过pH调节的水热法直接引入镧是一种有效的策略，可用于合成具有定制表面性质的有序介孔SBA-15催化剂，从而优化大豆原油的加氢处理过程。虽然所有镧改性的材料都保持了SBA-15的结构和质谱特征，但其催化性能受到Si/La摩尔比的显著影响。在所评价的催化剂中，La₂₀SBA-15表现出最佳的性能。

CRediT作者贡献声明

Thaísa Frossard Coslop: 负责撰写初稿、方法设计、实验研究及数据分析。Ramiro Picoli Nippes: 负责撰写初稿及数据分析。Paula Derksen Macruz: 负责撰写初稿及数据分析。Pedro Antonio Galacci Reinert: 负责审阅与编辑及数据分析。Mara Heloisa Neves Olsen Scaliante: 负责审阅与编辑、项目管理及资金协调。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢巴西国家科学技术发展委员会（CNPq-BRAZIL）提供的财政支持。

Thaisa Frossard Coslop | Ramiro Picoli Nippes | Paula Derksen Macruz | Pedro Antonio Galacci Reinert | Mara Heloisa Neves Olsen Scaliante巴西巴拉那州马林加大学化学工程系，Av. Colombo 5790, Maringa, Parana 87020-900