活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭催化劑負載錳鉬制備柴油燃料

　　為了獲取可持續的燃料應用，所以研發使用廢油來制作成柴油燃料。這種與傳統的化石衍生產品相比，生物柴油和生物油中氧氣濃度升高是它們的大部分缺點的基礎，例如較低的熱性能。通過脂肪酸和相關化合物的催化脫氧制造無氧碳氫化合物。此外，綠色柴油和石油衍生柴油都具有共同的物理化學特性，因此前者可以單獨使用或與傳統柴油混合用于燃燒點火發動機。發現錳和鉬被發現是脫氧反應的有效促進劑，所以這次的研究是使用優質活性炭作為載體，負載錳鉬來進行生物柴油的脫氧精煉。

　　脫氧反應參數優化

　　還對活性炭催化劑的外觀進行了評估，以探索它們的構型、圖案和表面顆粒輪廓。對制成的樣品的FESEM圖像進行了評估，并證明了金屬在支架上的均勻分布(圖1a-c)。在活性金屬摻雜之后，顆粒的尺寸和形式顯著改變�？梢钥闯觯�制備環境對碳的外觀有顯著影響。通過將Mn和Mo摻雜比例從0.1提高到1wt.%，在加熱的浸漬雙金屬催化劑上，顆粒的尺寸會大幅度減小。相反，由于聚集效應，將Mn提高到>0.5wt.%與顆粒會擴大。使用BET和XRD驗證了這些數據，這表明孔隙的表面積和體積減少，同時晶體尺寸增加。表現出優異活性的催化劑通常具有合理的表面積和粒徑;后者，配置和多孔性質，反應產生重大影響。因此，有組織的多孔載體的微小粒徑將增加表面積并產生更大的活性催化表面，這些特性將有利于反應性能。通過將元素負載從0.1%增加到1%來增加表面積，這是由于金屬鹽充當活性炭的活化劑。另一方面，由于活性元素會阻塞孔隙，因此通過增加摻雜百分比可以減小孔隙體積和尺寸。

　　圖1：樣品的代表性FESEM圖像。(a)Mn(0.5%)-Mo(0.1%)/活性炭,(b)Mn(0.5%)-Mo(0.5%)/活性炭和(c)Mn(0.5%)-Mo(1%)/活性炭這三種催化劑。

　　廢油的催化脫氧反應

　　當廢油對Mn/活性炭和Mn-Mo/活性炭催化劑樣品進行脫氧反應時，產物包括液態正烷烴和烯烴，以及含氧中間體物質，例如醇，醛和酮，以及汽化的CO和CO2。單獨或兩種活性炭金屬催化劑生產提供了優異的轉化和完全差異化在廢油的溶解氧過程�；钚蕴看呋瘎┑姆磻�性能主要取決于Mn和Mo表面密度以及催化劑的酸度。脫氧反應在300℃的反應溫度和500rpm的攪拌速度下在惰性N2中進行30分鐘氣氛。對活性炭上Mn和Mo負載百分比的篩選表明，與0.1wt.%相比，將活性炭負載0.5wt.%將烴產率從31.9%提高到37.9%，并將Mo負載量從0.1wt.%提高至0.5wt.%導致產率從25.7%增加到42.4%。篩選結果表明，最佳的錳負載百分比為0.5wt.%，并選擇了此百分比。Mo對Mn催化劑的影響從0.1到1wt.%負載百分比進行了研究，結果表明0.5wt.%的Mn和Mo是合適百分比，烴收率為74%(圖2)。

　　圖2：廢油在負載型催化劑上的脫氧反應篩選。

　　活性炭催化劑負載的影響

　　活性炭催化劑負載對烴類轉化和產物分化的影響如圖3a、b所示。脫氧反應在惰性N2氣氛中在300℃的反應溫度和500rpm的攪拌速度下進行30分鐘。評估了催化劑負載量(即1-6wt.%)的影響。數據表明，脫氧性能和分化均在1-2wt.%的活性炭催化劑負載范圍內升高，但隨后在催化劑負載>2wt.%后下降。產率和產物選擇性當使用2wt.%時，其效果更好，即分別為47.13%和72.85%。相反，在催化劑負載量超過2wt.%時，脫氧性能和選擇性的下降可能反映了催化劑的負載過重，由于不同的活性位點的剩余活性位點，這將促進對二級和并行反應的驅動。

　　圖3：Mn(0.5%)-Mo(0.5%)/活性炭的反應優化條件。(a,b)催化劑負載的影響，(c,d)反應時間的影響和(e,f)反應溫度的影響。

　　活性炭催化劑負載錳鉬制備柴油燃料的這項研究中，通過多種活性炭催化劑的溶解氧深度研究了不同催化劑配置對失活和收獲的影響，例如Mn(0.5%)-Mo(0.5%)/活性炭。棕櫚油廢油是使用的反應原料，具有顯著的酸值，FFA成分超過95%。飽和和不飽和脂肪酸單元均構成原料油。數據表明原料在所有三種形式的催化劑下都經歷了有效的溶解氧;提取氧氣以產生一氧化碳、二氧化碳和水。由于活性元素(Mn和Mo)之間的協同作用，雙金屬催化劑對催化劑活性有很大的影響。Mn(0.5%)-Mo(0.5%)/活性炭催化劑表現出優異的催化劑穩定性，因為它可以用于多達5次連續運行，烴產率>72%，產物具有選擇性>70%。應該注意的是，由于在連續運行期間活性金屬損失到溶液中，催化劑活性效率會隨著反應運行而降低。

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