活性炭催化剂负载锰钼制备柴油燃料

　　为了获取可持续的燃料应用，所以研发使用废油来制作成柴油燃料。这种与传统的化石衍生产品相比，生物柴油和生物油中氧气浓度升高是它们的大部分缺点的基础，例如较低的热性能。通过脂肪酸和相关化合物的催化脱氧制造无氧碳氢化合物。此外，绿色柴油和石油衍生柴油都具有共同的物理化学特性，因此前者可以单独使用或与传统柴油混合用于燃烧点火发动机。发现锰和钼被发现是脱氧反应的有效促进剂，所以这次的研究是使用优质活性炭作为载体，负载锰钼来进行生物柴油的脱氧精炼。

　　脱氧反应参数优化

　　还对活性炭催化剂的外观进行了评估，以探索它们的构型、图案和表面颗粒轮廓。对制成的样品的FESEM图像进行了评估，并证明了金属在支架上的均匀分布(图1a-c)。在活性金属掺杂之后，颗粒的尺寸和形式显着改变。可以看出，制备环境对碳的外观有显着影响。通过将Mn和Mo掺杂比例从0.1提高到1wt.%，在加热的浸渍双金属催化剂上，颗粒的尺寸会大幅度减小。相反，由于聚集效应，将Mn提高到>0.5wt.%与颗粒会扩大。使用BET和XRD验证了这些数据，这表明孔隙的表面积和体积减少，同时晶体尺寸增加。表现出优异活性的催化剂通常具有合理的表面积和粒径;后者，配置和多孔性质，反应产生重大影响。因此，有组织的多孔载体的微小粒径将增加表面积并产生更大的活性催化表面，这些特性将有利于反应性能。通过将元素负载从0.1%增加到1%来增加表面积，这是由于金属盐充当活性炭的活化剂。另一方面，由于活性元素会阻塞孔隙，因此通过增加掺杂百分比可以减小孔隙体积和尺寸。

　　图1：样品的代表性FESEM图像。(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%)/活性炭这三种催化剂。

　　废油的催化脱氧反应

　　当废油对Mn/活性炭和Mn-Mo/活性炭催化剂样品进行脱氧反应时，产物包括液态正烷烃和烯烃，以及含氧中间体物质，例如醇，醛和酮，以及汽化的CO和CO2。单独或两种活性炭金属催化剂生产提供了优异的转化和完全差异化在废油的溶解氧过程。活性炭催化剂的反应性能主要取决于Mn和Mo表面密度以及催化剂的酸度。脱氧反应在300℃的反应温度和500rpm的搅拌速度下在惰性N2中进行30分钟气氛。对活性炭上Mn和Mo负载百分比的筛选表明，与0.1wt.%相比，将活性炭负载0.5wt.%将烃产率从31.9%提高到37.9%，并将Mo负载量从0.1wt.%提高至0.5wt.%导致产率从25.7%增加到42.4%。筛选结果表明，最佳的锰负载百分比为0.5wt.%，并选择了此百分比。Mo对Mn催化剂的影响从0.1到1wt.%负载百分比进行了研究，结果表明0.5wt.%的Mn和Mo是合适百分比，烃收率为74%(图2)。

　　图2：废油在负载型催化剂上的脱氧反应筛选。

　　活性炭催化剂负载的影响

　　活性炭催化剂负载对烃类转化和产物分化的影响如图3a、b所示。脱氧反应在惰性N2气氛中在300℃的反应温度和500rpm的搅拌速度下进行30分钟。评估了催化剂负载量(即1-6wt.%)的影响。数据表明，脱氧性能和分化均在1-2wt.%的活性炭催化剂负载范围内升高，但随后在催化剂负载>2wt.%后下降。产率和产物选择性当使用2wt.%时，其效果更好，即分别为47.13%和72.85%。相反，在催化剂负载量超过2wt.%时，脱氧性能和选择性的下降可能反映了催化剂的负载过重，由于不同的活性位点的剩余活性位点，这将促进对二级和并行反应的驱动。

　　图3：Mn(0.5%)-Mo(0.5%)/活性炭的反应优化条件。(a,b)催化剂负载的影响，(c,d)反应时间的影响和(e,f)反应温度的影响。

　　活性炭催化剂负载锰钼制备柴油燃料的这项研究中，通过多种活性炭催化剂的溶解氧深度研究了不同催化剂配置对失活和收获的影响，例如Mn(0.5%)-Mo(0.5%)/活性炭。棕榈油废油是使用的反应原料，具有显着的酸值，FFA成分超过95%。饱和和不饱和脂肪酸单元均构成原料油。数据表明原料在所有三种形式的催化剂下都经历了有效的溶解氧;提取氧气以产生一氧化碳、二氧化碳和水。由于活性元素(Mn和Mo)之间的协同作用，双金属催化剂对催化剂活性有很大的影响。Mn(0.5%)-Mo(0.5%)/活性炭催化剂表现出优异的催化剂稳定性，因为它可以用于多达5次连续运行，烃产率>72%，产物具有选择性>70%。应该注意的是，由于在连续运行期间活性金属损失到溶液中，催化剂活性效率会随着反应运行而降低。