活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　由于化石能源对环境污染促使我们开发新型的清洁能源。目前我们有几种可以从生物质中获得资源，用来生产燃料和高附加值的化学品。典型的例子是甘油三酯衍生的脂肪酸脱氧成生物燃料碳氢化合物。但是，这种方法需要高H 2压力和硫化催化剂严重限制了其在工业应用中的使用。因此，从脱羧或在不存在氢的脂肪酸脱羰获得燃料范围内的烃被认为是不错的替代物。

　　通常，贵金属如Pd和Pt用于在不存在氢的情况下由脂肪酸的脱氧生产类燃料的烃。在有机溶剂，水和非溶剂体系中研究了脂肪酸的脱氧作用。在这项研究中，我们开发了一种新方法，通过在不存在H 2和溶剂的情况下硬脂酸的脱羰基来生产烃。我们使用湿浸渍法合成了四种具有不同载体的Ni基催化剂。这些催化剂用于在不存在H 2和溶剂的情况下使脂肪酸脱羧。X射线衍射(XRD)，透射电子显微镜(TEM)。还研究了反应时间和温度对硬脂酸脱羰的影响。研究了硬脂酸在活性炭上转化的反应途径。

　　实验步骤和分析

　　首先使用湿润浸渍法合成Ni/Al 2 O 3，Ni/TiO 2，Ni/ZrO 2三种催化剂和活性炭载镍催化剂，硬脂酸的催化转化在1.67mL微量批式反应器中进行。在典型的实验中，将50mg硬脂酸和30mg活性炭或者其他三种催化剂(不含氢和任何溶剂)加入反应器中。然后，将密封的反应器置于已经加热至所需温度的流化砂浴中。反应后，将反应器放入水中以淬灭反应。为了分析气态产物，实验在8mL不锈钢高压釜中进行，该高压釜可以用压力计连接。在反应之后，记录压力计上的数字并使用气袋收集气态产物用于GC分析。

　　几种催化剂的参数

　　不同的Ni基催化剂的XRD图如图1所示。显示出活性炭与其他三种催化剂的特征衍射峰。在2 Ni的(111)，(200)和(220)衍射峰θ=44.5°，51.8°，76.4°，分别以镍/活性炭，镍/二氧化钛和Ni/ZrO 2催化剂，表明在这些催化剂中存在具有面心立方晶格的Ni 0。Ni/Al 2 O 3，Ni/TiO 2的TEM图像，Ni/ZrO 2和活性炭(图2)也显示只有镍/活性炭由高度分散的结晶Ni颗粒组成。因此，可以说活性炭是Ni颗粒高度分散的合适载体。根据图2d中的TEM结果，发现镍/活性炭的平均粒度为约9.6nm，这与从XRD获得的微晶尺寸非常一致。

　　硬脂酸的脱氧

　　在不存在H 2的情况下使用不同的Ni基催化剂对硬脂酸进行脱氧和溶剂开发。研究了Ni基催化剂的催化性能。分析在350℃下用0.176mmol硬脂酸和30mg活性炭进行5小时。通过计算三次重复实验的平均值获得每个结果。误差棒代表三次独立实验的标准偏差。如可以在可观察到图3，Ni/Al为2 ö 3，镍/二氧化钛，镍/ZrO 2，镍/活性炭和硬脂酸的转化率分别为64.3%，95.1%，71.1%和98.6%。这些催化剂对十七烷的选择性分别为25.0%，18.3%，29.8%和51.1%。镍/活性炭表现出较高的硬脂酸转化效率和对十七烷的选择性，表明活性炭优于其他三种催化剂，通过硬脂酸的脱氧制备十七烷酸。XRD和TEM结果显示Ni颗粒(约9.6nm)分布在镍/活性炭催化剂中的活性炭表面上。活性炭催化剂在Ni和表面官能团之间显示出更强的相互作用。这些小的Ni颗粒和Ni与活性炭中的表面官能团之间的强相互作用有助于其对十七烷生产的优异催化活性。

　　研究了在不存在H 2和任何溶剂的情况下硬脂酸在活性炭和其他三种催化剂上的脱氧作用。镍/活性炭对十七烷和十七烯具有很强的催化活性。XRD，TEM结果表明，Ni具有约9.6nm的平均粒径，具有高结晶度，高表面积和在镍/活性炭中的强Ni-载体相互作用，这有助于其优异的脱氧活性。在优化的反应条件下，使用活性炭催化下实现了约71.4%的烃，包括十七烷，十七烯，芳烃和裂化链烷烃。发现脱羰是硬脂酸在镍/活性炭上脱氧的主要反应途径。

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