铁基加氢催化剂金属活性相中富电子活性位的构建及其对羟基丁醛（HDN）反应路径选择性的调控

《Journal of Fuel Chemistry and Technology》：Construction of electron-rich active sites in the metallic active phase of iron-based hydrogenation catalysts and their regulation on HDN pathway selectivity

　　

李晓涵|李萌|魏崇斌|任申勇|郭晓霞|朱晓春|沈宝健

中国石油大学化学工程与环境学院，重油加工国家重点实验室，催化国家重点实验室，北京 102249，中国

摘要

加氢脱氮（HDN）工艺是一种有效去除劣质原料中含氮杂原子化合物的方法。其核心在于开发成本低且性能高的催化剂。在本研究中，通过引入六种不同的金属促进剂（La、Ti、Ce、Mn、Mg 和 Cr）对 FeZn 基催化剂进行了改性。研究发现，Cr 对 HDN 性能有显著的促进作用。Cr 对 FeZn 催化剂活性的促进作用源于其与硫化 Fe 物种的电子相互作用，而不是作为独立的活性位点发挥作用。具体而言，Cr 和 Zn 物种协同作为电子供体，将电子密度传递给硫化 Fe 物种，从而调节 Fe 的电子结构，使其处于富电子状态。电子密度的增加削弱了活性相中的 Fe?S 键，促进了其断裂。因此，促进了被称为配位不饱和硫空位（CUS）的氢化活性位点的形成。在 340?380 °C、4 MPa 压力和 8.7 h^?1 的高重量小时空速（WHSV）条件下，引入 3% Cr 后，该催化剂对碱性氮化合物喹啉的 HDN 转化率比未改性的催化剂提高了 14.5%?19.7%。在 380 °C 时，HDN 转化率达到了 81.9%。此外，Cr 的引入还增加了中等强度的 Lewis 酸位点的数量。这些酸位点与增多的 CUS 位点协同作用，提高了催化剂的整体氢化活性。Cr 的添加有效调控了 HDN 途径的选择性。因此，FeZn3Cr@GA 催化剂上深度氢化途径的反应速率常数是未改性 FeZn@GA 催化剂的 3.2 倍。总之，以 Fe 作为主要活性金属组分，并通过促进剂调节其电子结构，是一种设计低成本、高性能 HDN 催化剂的有效方法。

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