烴基生物柴油（又稱綠色柴油）是由廢棄油脂等加氫脫氧而來的烴類物質(zhì)，是國際公認的綠色清潔燃料。在工業(yè)上，實現(xiàn)廢棄油脂加氫脫氧的催化劑主要為過渡金屬硫化物（如CoMoS），因硫元素易于流失，需要在催化反應(yīng)中不斷地補充含硫化合物，以維持催化劑活性，這導(dǎo)致了生產(chǎn)成本增加、設(shè)備腐蝕及環(huán)境污染等一系列問題。因此，開發(fā)高效、穩(wěn)定的無硫催化劑對綠色柴油的規(guī)模化推廣意義重大。
受限于無硫催化劑的長期穩(wěn)定性差和催化效率低等原因，目前工業(yè)應(yīng)用中還沒有能夠替代金屬硫化物的催化劑。近日，青島能源所多孔催化材料研究組開發(fā)出了一種全新的受阻型路易斯酸堿對（FLPs）催化劑，在無任何添加劑的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)油脂向綠色柴油的高效催化轉(zhuǎn)化，連續(xù)運行500 h以上沒有活性損失（圖1）。該催化體系可以拓展至餐廚廢油、大豆油、棕櫚油、動物油脂等原料，完全轉(zhuǎn)化為綠色柴油的運行空速為6.0 h-1，遠高于商業(yè)催化體系的0.5~3.0 h-1，展示出了優(yōu)異的催化性能。
圖1. FLPs催化劑連續(xù)流催化大豆油脫氧制備綠色柴油（反應(yīng)溫度350 C，氫壓3.0 MPa，質(zhì)量空速6.0 h-1）
此外，面向?qū)嶋H工業(yè)應(yīng)用，研究組進行了催化劑的批量制備及成型，并驗證了成型催化劑在1000 h連續(xù)流反應(yīng)中仍然具有優(yōu)異的活性及穩(wěn)定性。該FLPs催化劑在催化活性、穩(wěn)定性、成本、環(huán)保屬性等方面均具優(yōu)勢，有望替代商用硫化態(tài)催化劑，為綠色柴油產(chǎn)業(yè)提供更綠色、更高效的工藝方案。相關(guān)研究成果以“Frustrated Lewis pair catalyst realizes efficient green diesel production”為題發(fā)表于《Nature Communications》期刊上，這也是Nature系列期刊上首篇關(guān)于綠色柴油合成的研究型論文。
文章第一作者為青島能源所李德昌副研究員，通訊作者為王光輝研究員。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等項目的支持。
原文鏈接： https://doi.org/10.1038/s41467-024-47591-z
