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PdC和PdAl-SBA-15对生物油模型化合物催化加氢转化的对比探究

一、绪论

1.1研究背景与意义

在全球能源需求持续增长以及环境问题日益严峻的大背景下，开发可再生、清洁的替代能源已成为当务之急。生物质能源作为一种可持续的能源形式，具有来源广泛、碳中性等显著优势，在未来能源结构中占据着举足轻重的地位。生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，如农业、林业及其它废弃物，包括各种农作物秸秆、糖类作物、淀粉作物和油料作物、林业及木材加工废弃物、城市和工业有机废弃物以及动物粪便等，都可作为生物质能的来源。大力发展生物质能源，不仅是维护国家能源安全、调整能源结构、缓解能源供需矛盾的战略举措，还是促进农村经济发展、增加农民收入、解决“三农”问题的有效途径，更是减少温室气体排放、保护环境、实现可持续发展的重要措施，对于完成国家制定的节能减排目标、建设节约型社会具有重大战略意义。

生物质热解制备生物油技术是实现生物质能高效利用的重要途径之一。通过热解，可将生物质转化为生物油，这种生物油是一种复杂的混合物，包含了数百种有机化合物，如醛、酮、酸、酚等。生物油作为一种潜在的替代燃料，具有一定的应用前景，但它也存在诸多缺陷。生物油含氧量极高，这导致其具有热稳定性差的问题，在储存和运输过程中容易发生变质；其热值低，无法与传统化石燃料相比，难以满足高效能源利用的需求；同时，生物油还具有腐蚀性，对储存和使用设备有较高要求，这些缺点严重限制了生物油的直接应用。因此，对生物油进行提质处理，改善其性能，使其能够成为优质的燃料油，具有至关重要的现实意义。

在众多生物油提质方法中，催化加氢是一种极具潜力的工艺。催化加氢能够显著降低生物油的含氧量，提高其能量密度，使其更接近传统的石油燃料。通过加氢反应，生物油中的不饱和键可以被加氢饱和，含氧官能团也能够被去除或转化，从而有效改善生物油的品质。然而，生物油成分的复杂性给加氢研究带来了极大的困难。由于生物油是由上百种不同化合物组成的混合物，各组分之间相互影响，使得研究生物油各组分的加氢机理变得异常复杂。为了深入洞悉生物油主要成分的加氢机理，国内外研究人员通常选取合适的生物油模型化合物进行加氢试验。这些模型化合物是生物油加氢反应中具有代表性的组分，通过对它们的研究，可以简化因生物油成分复杂而给加氢研究带来的困难，为实际生物油的催化加氢过程提供预测和指导作用。

在生物油模型化合物的催化加氢研究中，催化剂的选择至关重要。PdC和PdAl-SBA-15作为两种具有独特性能的催化剂，在生物油模型化合物催化加氢转化研究中展现出了潜在的应用价值。PdC催化剂具有良好的催化活性和选择性，能够在一定程度上促进生物油模型化合物的加氢反应。而PdAl-SBA-15催化剂，由于其具有规则的介孔结构、较大的比表面积和良好的热稳定性，能够提供更多的活性位点，有利于反应物的吸附和扩散，从而可能对生物油模型化合物的加氢转化反应产生积极影响。研究这两种催化剂对生物油模型化合物催化加氢转化的性能，探索反应条件对加氢效果的影响，对于开发高效的生物油提质技术具有重要的理论和实际意义。它不仅有助于深入理解生物油加氢反应的机理，还能够为优化生物油提质工艺提供科学依据，推动生物质能源的高效利用和可持续发展。

1.2国内外研究现状

生物油作为一种由生物质热解得到的液体产物，其成分极为复杂。研究表明，生物油中包含了数百种有机化合物，主要成分包括醛、酮、酸、酚等含氧有机物。这些成分的存在使得生物油具有高含氧量、低热值、高腐蚀性和热不稳定性等缺点，严重限制了其作为燃料的直接应用。

针对生物油的这些问题，催化加氢被认为是一种有效的提质方法。通过催化加氢，可以降低生物油的含氧量，提高其热值，改善其稳定性和燃烧性能。然而，由于生物油成分的复杂性，直接对生物油进行加氢研究存在诸多困难。因此，国内外研究人员通常采用生物油模型化合物来简化研究过程。

在国外，对生物油模型化合物加氢转化的研究开展较早且较为深入。Senol等利用CoMo/γ-Al?O?和NiMo/γ-Al?O?催化剂，对庚酸甲酯和己酸甲酯等生物油模型化合物的催化加氢机理进行了研究，详细探讨了催化剂组成、反应温度、压力等因素对加氢反应的影响，为脂肪酸酯类模型化合物的加氢研究提供了重要的理论基础。IGandarias等选用NiMo/γ-Al?O?和NiW/γ-Al?O?催化剂，深入探究了酚类模型化合物的加氢脱氧机理，发现不同的活性金属组分和载体对酚类化合物的加氢路径和产物分布有显著影响。此外，一些研究还关注到生物油模型化合物加氢过程中的催化剂失活问题，通过对催