活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　由于化石能源對環(huán)境污染促使我們開發(fā)新型的清潔能源。目前我們有幾種可以從生物質(zhì)中獲得資源，用來生產(chǎn)燃料和高附加值的化學(xué)品。典型的例子是甘油三酯衍生的脂肪酸脫氧成生物燃料碳氫化合物。但是，這種方法需要高H 2壓力和硫化催化劑嚴重限制了其在工業(yè)應(yīng)用中的使用。因此，從脫羧或在不存在氫的脂肪酸脫羰獲得燃料范圍內(nèi)的烴被認為是不錯的替代物。

　　通常，貴金屬如Pd和Pt用于在不存在氫的情況下由脂肪酸的脫氧生產(chǎn)類燃料的烴。在有機溶劑，水和非溶劑體系中研究了脂肪酸的脫氧作用。在這項研究中，我們開發(fā)了一種新方法，通過在不存在H 2和溶劑的情況下硬脂酸的脫羰基來生產(chǎn)烴。我們使用濕浸漬法合成了四種具有不同載體的Ni基催化劑。這些催化劑用于在不存在H 2和溶劑的情況下使脂肪酸脫羧。X射線衍射(XRD)，透射電子顯微鏡(TEM)。還研究了反應(yīng)時間和溫度對硬脂酸脫羰的影響。研究了硬脂酸在活性炭上轉(zhuǎn)化的反應(yīng)途徑。

　　實驗步驟和分析

　　首先使用濕潤浸漬法合成Ni/Al 2 O 3，Ni/TiO 2，Ni/ZrO 2三種催化劑和活性炭載鎳催化劑，硬脂酸的催化轉(zhuǎn)化在1.67mL微量批式反應(yīng)器中進行。在典型的實驗中，將50mg硬脂酸和30mg活性炭或者其他三種催化劑(不含氫和任何溶劑)加入反應(yīng)器中。然后，將密封的反應(yīng)器置于已經(jīng)加熱至所需溫度的流化砂浴中。反應(yīng)后，將反應(yīng)器放入水中以淬滅反應(yīng)。為了分析氣態(tài)產(chǎn)物，實驗在8mL不銹鋼高壓釜中進行，該高壓釜可以用壓力計連接。在反應(yīng)之后，記錄壓力計上的數(shù)字并使用氣袋收集氣態(tài)產(chǎn)物用于GC分析。

　　幾種催化劑的參數(shù)

　　不同的Ni基催化劑的XRD圖如圖1所示。顯示出活性炭與其他三種催化劑的特征衍射峰。在2 Ni的(111)，(200)和(220)衍射峰θ=44.5°，51.8°，76.4°，分別以鎳/活性炭，鎳/二氧化鈦和Ni/ZrO 2催化劑，表明在這些催化劑中存在具有面心立方晶格的Ni 0。Ni/Al 2 O 3，Ni/TiO 2的TEM圖像，Ni/ZrO 2和活性炭(圖2)也顯示只有鎳/活性炭由高度分散的結(jié)晶Ni顆粒組成。因此，可以說活性炭是Ni顆粒高度分散的合適載體。根據(jù)圖2d中的TEM結(jié)果，發(fā)現(xiàn)鎳/活性炭的平均粒度為約9.6nm，這與從XRD獲得的微晶尺寸非常一致。

　　硬脂酸的脫氧

　　在不存在H 2的情況下使用不同的Ni基催化劑對硬脂酸進行脫氧和溶劑開發(fā)。研究了Ni基催化劑的催化性能。分析在350℃下用0.176mmol硬脂酸和30mg活性炭進行5小時。通過計算三次重復(fù)實驗的平均值獲得每個結(jié)果。誤差棒代表三次獨立實驗的標準偏差。如可以在可觀察到圖3，Ni/Al為2 ö 3，鎳/二氧化鈦，鎳/ZrO 2，鎳/活性炭和硬脂酸的轉(zhuǎn)化率分別為64.3%，95.1%，71.1%和98.6%。這些催化劑對十七烷的選擇性分別為25.0%，18.3%，29.8%和51.1%。鎳/活性炭表現(xiàn)出較高的硬脂酸轉(zhuǎn)化效率和對十七烷的選擇性，表明活性炭優(yōu)于其他三種催化劑，通過硬脂酸的脫氧制備十七烷酸。XRD和TEM結(jié)果顯示Ni顆粒(約9.6nm)分布在鎳/活性炭催化劑中的活性炭表面上。活性炭催化劑在Ni和表面官能團之間顯示出更強的相互作用。這些小的Ni顆粒和Ni與活性炭中的表面官能團之間的強相互作用有助于其對十七烷生產(chǎn)的優(yōu)異催化活性。

　　研究了在不存在H 2和任何溶劑的情況下硬脂酸在活性炭和其他三種催化劑上的脫氧作用。鎳/活性炭對十七烷和十七烯具有很強的催化活性。XRD，TEM結(jié)果表明，Ni具有約9.6nm的平均粒徑，具有高結(jié)晶度，高表面積和在鎳/活性炭中的強Ni-載體相互作用，這有助于其優(yōu)異的脫氧活性。在優(yōu)化的反應(yīng)條件下，使用活性炭催化下實現(xiàn)了約71.4%的烴，包括十七烷，十七烯，芳烴和裂化鏈烷烴。發(fā)現(xiàn)脫羰是硬脂酸在鎳/活性炭上脫氧的主要反應(yīng)途徑。

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