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植物油，动物脂肪，废烹饪油和微藻脂质的主要成分，可产生直链烷烃，从C8到C18烷烃，可用于生产高品质燃料。不过在生产过程中的加氢脱氧工艺中使用精炼油作为原料和氢气会增加生产成本。所以本期研究了不添加氢的非贵金属催化剂上脂肪酸的脱羧作用，制备了活性炭载镍催化剂并测试脱羧活性。还研究了镍负载量，温度和活性炭的量对脂肪酸脱羧的影响。
实验测试方法
活性炭对脂肪酸的脱羧反应在微批量反应器中进行，该反应器由一个管和两盖组装而成。微批反应器及其部件的照片如图1所示。将一定量的反应物和活性炭催化剂加入反应器中。此后，将密封的反应器置于流化砂浴中，将其加热至所需的反应温度。在所需的反应时间过去后，将反应器放入水中以淬灭反应。冲洗反应器中的反应混合物并用丙酮在10mL容量瓶中稀释。然后过滤稀释的溶液用于分析。
图1：微批反应器及其零件的照片。
镍负载对活性炭脱羧的影响
在相同的实验条件下在三种活性炭载镍催化剂上检测硬脂酸的脱羧作用，其中镍负载量不同(10%，20%和30%)。活性炭的镍负载对硬脂酸转化率和十七烷选择性的影响如图2所示。从图中可以看出，硬脂酸的转化率随着活性炭上镍负载量的增加而增加。十七烷的选择性超过20%载镍量的活性炭远高于10%和30%载镍量的活性炭。经过活性炭催化后得到产物除十七烷外，还检测到其他产物如癸烷，十一烷，十二烷，十三烷，十四烷，十五烷，十六烷，十七烷，十八烷和十八烷醇。
图2：在不同载镍量的活性炭上的转化率和选择性。
为了研究活性炭载镍催化剂的可重复使用性，首先在真空下过滤分离先前实验的废活性炭，然后用丙酮彻底洗涤，接着用水洗涤多次。然后将过滤的活性炭在强制通风烘箱中在110℃下干燥，然后在管式炉中在氮气流下在500℃下煅烧4小时。经过从新活化的活性炭的测试，活性炭对硬脂酸的产率和选择性转化为十七烷在重复三次催化后性能几乎没有下降。选择性保持在约90%，在无溶剂体系中保持稳定。活性炭的N2吸附-脱附等温线如图3所示，表明随着镍负载量的增加，活性炭的表面积和孔体积减小，表明过量的镍颗粒可能阻塞一定量的活性炭孔并减少孔体积。
图3：活性炭载镍催化剂的N2吸附-解吸图。
活性炭对具有不同碳数脂肪酸的脱羧
在350℃下研究活性炭对月桂酸，肉豆蔻酸，棕榈酸，硬脂酸，花生酸的脱羧作用，如图4所示。这些结果表明，月桂酸，肉豆蔻酸，棕榈酸，硬脂酸，花生酸的转化率分别为79.1%，76.4%，67.9%，61.5%，60.2%，对相应烷烃的选择性为88.5%分别为87.2%，83.5%，85.4%，73.1%。在相同的反应条件下，具有较小碳数的脂肪酸的转化率高于具有较大碳数的那些。月桂酸，肉豆蔻酸，棕榈酸和硬脂酸的酸度降低，与脂肪酸转化的减少顺序一致。这表明脂肪酸的酸性可能促进脱羧。此外，具有大碳数的脂肪酸对相应烷烃的选择性低于具有小碳数的脂肪酸，表明在活性炭反应体系中具有大碳数的脂肪酸倾向于裂化。
图4：载镍活性炭下脱羧多种脂肪酸的转化率和选择性。
结果发现制备的活性炭载镍催化剂并表现出优异的脱羧活性和维持。硬脂酸可在370℃下完全转化5小时，对十七烷的选择性约为80%。过量的镍颗粒可能会阻塞一定量的活性炭孔隙并减少孔隙体积。随着高镍负载量或催化剂负载量，裂解产物增加。温度显着影响硬脂酸的转化，但不影响选择性。具有大碳数的脂肪酸在活性炭反应体系中易于裂化。
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