萘、四氫萘和十氫萘的加氫或脫氫反應(yīng)與催化劑的研究進展

李 賀，殷長龍，趙雪萍，李秀崢，柳云騏，劉晨光

（中國石油大學（華東） 重質(zhì)油國家重點實驗室 CNPC催化重點實驗室，山東 青島 266580）

石油是當代社會經(jīng)濟得以迅猛發(fā)展的支柱，隨著石油的大量開采和利用，原油劣質(zhì)化程度越來越高，同時世界各國對環(huán)保要求也越來越高，故滿足污染物排放標準的清潔油品的加工變得愈加困難。柴油中的萘類等芳烴物質(zhì)會使柴油燃燒后排放大量的顆粒物，同時增大柴油的密度，降低柴油的十六烷值。因此，作為油品中的主要芳烴化合物，萘和四氫萘的有效脫除對于清潔油品的生產(chǎn)具有重要意義，此方面的工作離不開高性能加氫催化劑的研究與開發(fā)［1-2］。另外，萘或四氫萘的飽和加氫產(chǎn)物十氫萘具有廣泛的用途，可用作溶劑、潤滑劑或涂料等，尤其在儲氫材料方面，具有很好的發(fā)展前景。

本文概述了萘、四氫萘和十氫萘的加氫或脫氫反應(yīng)機理和動力學，詳細論述了萘或四氫萘加氫催化劑（包括貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑兩類）的制備方法及其催化性能；介紹了十氫萘和四氫萘在儲氫材料方面的應(yīng)用，并對其發(fā)展前景進行了展望。

1 加氫或脫氫反應(yīng)機理及動力學

對催化反應(yīng)的機理和動力學進行探究，可以從根本上理解反應(yīng)物分子在催化劑上的行為，為不同功能催化劑的研制和開發(fā)提供理論指導(dǎo)，進而使在宏觀上調(diào)控反應(yīng)歷程成為可能。

Ardakani等［3］研究了萘、四氫萘和十氫萘在Mo2C/HY，Mg-Mo2C/HY，K-Mo2C/HY，Pd/HY等幾種負載型催化劑上的加氫開環(huán)反應(yīng)，并提出單分子和雙分子反應(yīng)機理（見圖1）。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，3種反應(yīng)物在Pd/HY催化劑作用下的轉(zhuǎn)化率均高于Mo2C/HY催化劑，而Mg或K的引入造成Mo2C/HY催化劑上的反應(yīng)物加氫轉(zhuǎn)化率降低，但催化劑上的積碳量減少。另外，在Pd/HY和Mo2C/HY催化劑上，萘和四氫萘的加氫均主要通過單分子機理進行；與Mo2C/HY催化劑相比，反應(yīng)物或中間產(chǎn)物在Pd/HY催化劑上通過雙分子機理反應(yīng)受到抑制，這可能是由Pd活性位有利于活潑氫的生成所致，活潑氫阻礙了大分子的聚合，進而抑制了催化劑積碳。

Liu 等［4］針對萘在Mo2C/HY催化劑上的加氫開環(huán)反應(yīng)進行研究，同樣提出單、雙分子反應(yīng)機理。他們認為，積碳是催化劑失活的主要原因，積碳主要通過雙分子機理發(fā)生在酸性載體的表面，萘加氫生成四氫萘很容易進行，但四氫萘需通過單分子機理進一步加氫、異構(gòu)化和開環(huán)才能獲得開環(huán)產(chǎn)物。柳云騏等［5-6］提出了負載型Ni-Mo-P催化劑上萘加氫的反應(yīng)機理，認為反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)包括兩條平行路徑：一是萘加氫生成四氫萘后發(fā)生異構(gòu)化或開環(huán)反應(yīng)；二是萘加氫生成四氫萘后進一步加氫生成十氫萘，繼而發(fā)生異構(gòu)化或開環(huán)反應(yīng)。王智強等［7］對四氫萘在負載型Ni-Mo2N催化劑上的加氫反應(yīng)進行了探究，認為加氫機理可能是H2先在Ni上活化成活性氫，然后活性氫溢流到芳烴上發(fā)生加氫反應(yīng)。

Monteiro-Gezork等［8］研究了Ni/Al2O3，NiMo/Al2O3，Ru/Al2O3催化劑上萘加氫的反應(yīng)動力學，他們將實驗數(shù)據(jù)代入Langmuir-Hinshelwood（L-H）動力學模型方程中進行回歸處理時發(fā)現(xiàn)，實驗數(shù)據(jù)與模型方程擬合的很好。擬合結(jié)果表明，H2和萘在預(yù)硫化的NiMo/Al2O3催化劑上存在競爭吸附，而在預(yù)還原的Ni/Al2O3和Ru/Al2O3催化劑上則是非競爭吸附關(guān)系。吸附常數(shù)表明，Ru/Al2O3催化劑對萘的加氫活性要高于Ni/Al2O3和NiMo/Al2O3催化劑。

Santana等［9］對四氫萘在Pt/Al2O3催化劑上的加氫動力學進行了研究，同樣采用L-H動力學模型方程對實驗數(shù)據(jù)進行模擬。研究結(jié)果表明，競爭吸附作用對四氫萘加氫產(chǎn)物的分布影響較大，在四氫萘還沒有大部分加氫轉(zhuǎn)化前，順式十氫萘向反式十氫萘的轉(zhuǎn)化受到強烈抑制，這可能是因四氫萘和順、反式十氫萘的吸附熱不同所致。Rautanen 等［10］則對萘和四氫萘在Ni/Al2O3催化劑上的加氫反應(yīng)進行了研究，并提出一種動力學模型，該模型包含π吸附、π/σ吸附和σ吸附3種吸附方式，其中，σ吸附是導(dǎo)致催化劑結(jié)焦和失活的主要原因。

Haas等［11］對十氫萘在Ir/SiO2和Pt/SiO2催化劑上的加氫開環(huán)反應(yīng)進行探索，提出了“直接開環(huán)”和“鍵轉(zhuǎn)移異構(gòu)”等反應(yīng)機理。另外，Wang 等［12］針對負載型Pt催化劑上十氫萘的脫氫反應(yīng)，通過Hougen-Watson方程建立了動力學模型，發(fā)現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)與動力學模型擬合較好。此外，該模型可對復(fù)雜的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進行解釋，包括順、反十氫萘的異構(gòu)化以及十氫萘脫氫生成四氫萘后進一步脫氫生成萘，而且這些反應(yīng)都是可逆的。

由此可以看出，萘、四氫萘等化合物在臨氫條件下的反應(yīng)主要包括加氫飽和、加氫開環(huán)和結(jié)焦等反應(yīng)，反應(yīng)機理和動力學模型的建立與反應(yīng)本身及催化劑密切相關(guān)。加氫飽和反應(yīng)主要通過催化劑的金屬位控制，而開環(huán)及積碳反應(yīng)受酸性位的影響較大，人們可根據(jù)預(yù)制備的產(chǎn)物種類來選擇不同種類的催化劑，進而結(jié)合對反應(yīng)機理和動力學的研究，有針對性地對萘類化合物的加氫反應(yīng)選擇性進行調(diào)控，抑制積碳、結(jié)焦等副反應(yīng)的發(fā)生，達到人們的預(yù)期效果。

2 加氫催化劑

2.1 萘加氫催化劑

萘加氫催化劑主要分為貴金屬催化劑（Au，Pt，Pd等）和非貴金屬催化劑（Ni，Mo，W等）。貴金屬催化劑的優(yōu)點是加氫活性高，但制備成本較高，抗中毒能力較差，易失活。非貴金屬催化劑的成本較低，失活速率較慢，但加氫活性較貴金屬催化劑差。

2.1.1 貴金屬催化劑

Park等［13］通過溶膠-凝膠法和合成后引入法分別向MCM-41分子篩中引入Al，制得Al-MCM-41-Pre載體和Al-MCM-41-Post載體，然后采用過量水蒸氣法在載體上浸漬Pt（NH3）4Cl2溶液，最后經(jīng)烘干和焙燒制得Pt/Al-MCM-41催化劑。對催化劑進行萘加氫性能評價發(fā)現(xiàn)，催化劑的活性、選擇性和抗硫性能取決于載體的酸性質(zhì)。由于孔道內(nèi)Al的分布狀態(tài)不同，Al-MCM-41-Post載體的酸性位比Al-MCM-41-Pre載體多，萘及其一步加氫產(chǎn)物四氫萘的轉(zhuǎn)化率隨載體酸量的增加而增大，反式十氫萘的選擇性一般隨溫度的升高和酸量的增加而增大。另外，由于Pt的缺電子性，增加酸性位有利于增強催化劑的抗硫性能。

Chen等［14］以氧化鋁、硅溶膠、NaOH和CsOH為原料制備了RHO型分子篩，然后以Pt（NH3）4Cl2為Pt源引入Pt，制備了負載型Pt/RHO催化劑。XRD和TEM表征結(jié)果顯示，Pt的引入未改變RHO型分子篩的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)；TPR和XPS分析結(jié)果表明，Pt粒子同時存在于分子篩籠內(nèi)和分子篩分子間的空隙內(nèi)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，與Pt/RHO催化劑相比，以RHO和HY分子篩復(fù)合作為載體的Pt/RHO-HY催化劑對萘加氫具有較高的轉(zhuǎn)化率，這可能是由后者氫溢流的促進作用所致。

一些研究者對Pd催化劑上萘的加氫性能進行了探究。Zheng等［15］制備了不同硅鋁比的USY分子篩，然后采用等體積浸漬法在分子篩上浸漬Pd（NH4）3Cl2，經(jīng)過烘干、焙燒制得Pd/USY催化劑。在200 ℃和苯并噻吩存在下，用該催化劑催化萘加氫反應(yīng)時發(fā)現(xiàn)，分子篩的硅鋁比對催化劑的活性、選擇性及抗硫性能影響較大，催化劑的酸量、酸強度和活性隨硅鋁比的增大而降低，而催化劑的抗硫性能可能與金屬和載體之間的相互作用有關(guān)，從而導(dǎo)致大量缺電子的Pd出現(xiàn)。載體的酸性也是催化劑積碳的主要原因。

Tang等［16］也對萘在負載型Pd催化劑上的加氫反應(yīng)進行了研究。他們采用離子交換法制得Beta-H和Al-MCM-41載體，然后分別負載3.1%（w）和3.4%（w）的Pd，焙燒后得到Pd/Beta-H和Pd/Al-MCM-41催化劑。實驗結(jié)果表明，與Pd/Al-MCM-41催化劑相比，Pd/Beta-H催化劑表現(xiàn)出更好的抗硫性能，這可能與載體酸性較強有關(guān)。另外，Pd/Beta-H催化劑催化萘一步加氫制得四氫萘的轉(zhuǎn)化率也相對較高。

近年來，有關(guān)負載型Pd-Pt催化劑上萘加氫性能的研究［17-19］較多。作為同族貴金屬元素，Pd和Pt具有相似的原子結(jié)構(gòu)，因此可能具有相似的催化性能。在單獨使用Pd或Pt催化劑無法達到預(yù)期效果時，Pd和Pt復(fù)配是一種提高催化劑加氫性能的方法。Du等［20］將Al2O3載體與某種分子篩（ZSM-5、Beta、USY或SAPO-11分子篩）進行復(fù)合，然后將金屬組分以H2PtCl6和PdCl2水溶液的形式，采用共浸漬法浸到載體上，最后經(jīng)烘干、焙燒制得成型催化劑。N2吸附、NH3-TPD和TPR表征結(jié)果顯示，該催化劑對萘的加氫活性與催化劑的酸性、孔結(jié)構(gòu)、金屬分散度以及金屬與載體間的相互作用有關(guān)，而這些性質(zhì)又可通過向Al2O3載體中引入合適的分子篩來調(diào)節(jié)。以上幾種分子篩中，SAPO-11分子篩的引入可得到綜合性能較好的催化劑，在260～300℃下，該催化劑可使萘完全加氫轉(zhuǎn)化，且生成十氫萘的選擇性超過90%。

張坤［21］對Pd-Pt催化劑的萘加氫活性和抗硫性能進行了考察，選取碳納米纖維（CNF）作為催化劑載體，采用等體積浸漬法引入金屬組分。研究結(jié)果表明，氧化處理可在CNF表面引入含氧基團，有利于金屬組分的分散，提高了催化劑的活性。但隨CNF表面氧化程度的增加，其表面石墨結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，使催化劑的抗硫性能下降。唐天地等［22-23］也對CNF負載Pd-Pt催化劑的萘加氫性能進行了探究，考察了CNF性質(zhì)對催化劑性質(zhì)的影響。

貴金屬Au也被人們納入萘加氫催化劑的研究范圍，已有關(guān)于Au和其他貴金屬結(jié)合作為萘加氫催化劑的研究報道［24-25］。Pawelec等［26］以由不同基質(zhì)（SBA-200和NWa-155）制備的兩種γ-Al2O3（分別記為AS和AN）為載體，采用共浸漬法制得Au-Pd/AS和Au-Pd/AN催化劑，在二苯并噻吩（DBT）存在下，考察了催化劑的萘加氫性能。實驗結(jié)果表明，兩種催化劑都具有較好的活性和抗硫性能，但Pd-Au/AN催化劑的加氫反應(yīng)速率遠大于Au-Pd/AS催化劑。此外，在相同條件下，與Au/γ-Al2O3催化劑相比，Au-Pd/γ-Al2O3催化劑催化萘加氫飽和生成十氫萘的選擇性較差，故后者可作為萘加氫選擇性生成不飽和加氫產(chǎn)物的催化劑。

Pawelec等［27］考察了萘在負載型Au和Au-Pt催化劑上的加氫性能。他們以γ-Al2O3和SiO2為載體，采用聚乙烯吡咯烷酮存在下的乙醇還原法（PVP）和浸漬法（IMP）引入金屬組分。實驗結(jié)果顯示，以SiO2為載體的催化劑活性優(yōu)于對應(yīng)的以γ-Al2O3為載體的催化劑，對于Au/γ-Al2O3催化劑，兩種制備方法對萘加氫產(chǎn)物的選擇性影響不大，但采用IMP法制得的催化劑活性較高。對于采用PVP法制備的SiO2負載型催化劑，初始活性的高低順序為：Au＞Au-Pt，但后者失活速率較慢，這可能源于Au和Pt的協(xié)同作用。

一些研究者［28-29］對Ru和Rh等貴金屬催化劑催化萘加氫反應(yīng)的性能進行了探索。Hiyoshi等［30］采用等體積浸漬法制備了石墨和活性炭負載的Rh催化劑，并在超臨界CO2溶劑中對該催化劑的萘加氫反應(yīng)活性進行評價。實驗結(jié)果顯示，以石墨為載體的催化劑具有較高的活性，這可能是由處在石墨微晶邊緣的Rh粒子易于吸附H2所致。

抗中毒能力差是貴金屬催化劑的缺點，對于負載型貴金屬催化劑，載體可對金屬活性組分起到分散和支撐的作用，同時載體的種類和酸性等性質(zhì)對催化劑的加氫性能產(chǎn)生較大影響。如酸性位多的載體可能增強催化劑的抗硫中毒能力，但酸性位過多也會加快催化劑的結(jié)焦失活。為彌補貴金屬在抗中毒能力方面的不足，人們從處理方式、復(fù)配和添加助劑等方面對載體進行改性，使金屬活性組分與載體更好地配合，增強催化劑的抗中毒能力，延長催化劑的壽命，從而充分發(fā)揮催化劑的效能。

2.1.2 非貴金屬催化劑

目前，非貴金屬萘加氫催化劑以負載型為主，也有少量非負載型。

Li等［31］采用等體積浸漬法制備了Ni/γ-Al2O3催化劑，并提出一種不焙燒直接還原的預(yù)處理方法，在合適的還原條件下，該方法有利于提高催化劑催化萘加氫的活性。當還原溫度低于700 ℃時，隨溫度的升高，催化劑的分解和還原逐漸進行直至完全，這有利于提高催化劑的金屬分散度和活性。Barrio等［32］研究了Ni/SiO2-Al2O3和Ni-Pd/SiO2-Al2O3催化劑上萘的加氫反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)兩種催化劑的初始活性都較高，且隨反應(yīng)時間的延長，后者抗失活能力相對較強。朱紅英等［33］考察了反應(yīng)條件對萘飽和加氫的影響，確定了最佳的工藝條件。

Hassan等［34］研究了NiMo/Al2O3催化劑上萘的加氫性能，在超臨界和較高氫油比的條件下，反應(yīng)6 h后催化劑未明顯失活。壓力對萘加氫轉(zhuǎn)化率影響較大，在300 ℃、6 MPa下萘的轉(zhuǎn)化率接近100%。當氫油比較低時，在超臨界條件下反應(yīng)7 h后，萘的轉(zhuǎn)化率降至58%；在亞臨界條件下萘的轉(zhuǎn)化率只有35%。超臨界流體對催化劑的積碳失活起到抑制作用。

Monteiro-Gezork等［35］分別制備了預(yù)硫化和預(yù)還原兩種狀態(tài)的NiMo/Al2O3和Ni/Al2O3催化劑，并對這兩種催化劑的萘加氫性能進行評價。實驗結(jié)果表明，NiMo/Al2O3催化劑的預(yù)硫化狀態(tài)的活性較高，而Ni/Al2O3催化劑恰好相反，其預(yù)還原狀態(tài)的活性更高，故Ni/Al2O3催化劑只有在無硫的環(huán)境中才能發(fā)揮較高的加氫活性。任曉乾等［36］研究了NiW/Al2O3催化劑上反應(yīng)條件對萘加氫飽和反應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明，升高反應(yīng)溫度，萘的轉(zhuǎn)化率和四氫萘的收率均下降，加氫裂化產(chǎn)物的收率略有增加；提高反應(yīng)壓力，萘和四氫萘的轉(zhuǎn)化率均增大。

Zhang等［37］以（NH4）2HPO4，Ni（NO3）2，SiO2為原料，采用共浸漬法并通過TPR手段制備了一系列不同Ni/P摩爾比和不同總負載量的磷化鎳催化劑，并對該類催化劑的萘加氫性能進行評價。評價結(jié)果表明，所有催化劑都具有較高的活性，在Ni/P摩爾比為1.25、總負載量為30%（w）的催化劑上，萘的轉(zhuǎn)化率最高，生成十氫萘的選擇性也最高，在340 ℃、4 MPa下二者分別達到100%和83%。他們［38］還報道了在DBT和喹啉存在下，負載型磷化鎳催化劑催化萘加氫的性能，喹啉對催化劑活性的影響是可逆的，而DBT對催化劑活性的影響是不可逆的。楊欣佳等［39］制備了MoP/SiO2-TiO2-ZrO2催化劑，優(yōu)化了萘在該催化劑上的加氫工藝。趙安琪等［40］則研究了負載型硅化鈷催化劑上萘的加氫轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物四氫萘的選擇性。

非負載型催化劑是近些年來興起的一種高活性催化劑，也叫本體催化劑。與負載型催化劑不同，非負載型催化劑的主要特點是無需載體，活性組分含量不受限制，故具有較好的加氫性能。

Ardakani等［41］以MoO3為原料，在H2/CH4氣氛中制備了非負載型Mo2C催化劑，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在溫度573 K、氫壓3 MPa的條件下，該催化劑對萘加氫飽和產(chǎn)物的選擇性較高，開環(huán)產(chǎn)物較少。另外，將該催化劑在氧氣中處理可提高其穩(wěn)定性和萘的轉(zhuǎn)化率，但開環(huán)產(chǎn)物的選擇性仍較低。張勝等［42-43］對非負載型Ni-Mo-W催化劑上萘加氫反應(yīng)進行了研究，同時考察了工藝條件對萘加氫反應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明，該催化劑對萘加氫具有較高的活性，在一定條件下，萘的轉(zhuǎn)化率可達100%，產(chǎn)物十氫萘的選擇性也高達99%以上。根據(jù)目前的研究結(jié)果，非負載型Ni-Mo-W催化劑對萘加氫具有較好的催化性能，其活性非常接近貴金屬催化劑。另外，非負載型Ni-Mo-W催化劑具有較好的抗硫中毒性能，制備成本相對較低，這是貴金屬催化劑所不具備的，故非負載型Ni-Mo-W催化劑的發(fā)展空間大，具有一定的研究價值。

2.2 四氫萘加氫催化劑

四氫萘是萘第一步加氫的產(chǎn)物，該步反應(yīng)較易進行，但受化合物本身性質(zhì)和熱力學等因素的影響，四氫萘進一步加氫較前一步困難，故研究四氫萘加氫催化劑具有一定意義。四氫萘加氫催化劑也主要分為貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑兩大類。

2.2.1 貴金屬催化劑

Luo等［44］在Al改性MCM-41分子篩負載的Pt催化劑上進行四氫萘加氫反應(yīng)，金屬采用3種方式引入，即先Al后Pt、先Pt后Al和PtAl同時。實驗結(jié)果表明，與無Al的Pt/MCM-41催化劑相比，Al的引入可提高Pt的分散度和催化劑的酸性，Al與Pt之間的相互作用導(dǎo)致缺電子Pt粒子的形成，采用先Pt后Al引入方式制備的催化劑具有最好的抗硫性能。

Chan等［45］研究了四氫萘在Pt/γ-Al2O3催化劑上的加氫反應(yīng)，該反應(yīng)采用滴流床或填料床，在壓縮CO2或超臨界CO2介質(zhì)中進行。研究結(jié)果表明，在壓縮CO2介質(zhì)中，采用滴流床反應(yīng)可獲得很高的順式十氫萘收率，這可能是由于反應(yīng)介質(zhì)黏度低，產(chǎn)物擴散性好。而在超臨界CO2介質(zhì)中，采用填料床反應(yīng)，產(chǎn)物中順式與反式十氫萘的摩爾比最高，但順式十氫萘的收率遠低于采用滴流床反應(yīng)條件下的收率，這可能是因為四氫萘在超臨界CO2介質(zhì)中的溶解度小所導(dǎo)致的。文獻［46-48］也報道了負載型Pt催化劑上四氫萘的加氫反應(yīng)性能。

與萘加氫催化劑類似，Pt-Pd雙金屬催化劑也是一種四氫萘加氫催化劑，關(guān)于這方面的報道較多［49-50］。Yu等［51］以無定形硅鋁為載體，采用等體積浸漬法制備了負載型Pt-Pd催化劑，考察了在DBT和喹啉存在下，該催化劑催化四氫萘的加氫效果。研究結(jié)果表明，表面Pt含量高的催化劑活性也高。在喹啉存在下，催化劑活性隨金屬分散度的增大而提高；而在DBT存在下，催化劑活性主要受載體的酸性控制。此外，該催化劑具有較好的抗硫、抗氮和抗結(jié)焦性能，這源于Pt向Pd的電子轉(zhuǎn)移使缺電子的Pt對毒物的吸附能力變?nèi)酢?/p>

人們還研究了其他貴金屬（如Rh和Ir等）作為四氫萘加氫催化劑的情況。Hiyoshi等［52］研究了在超臨界CO2溶劑中，Rh/γ-Al2O3和Rh/C催化劑催化四氫萘加氫的性能。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，后者的活性高于前者，在后者的作用下，四氫萘加氫在超臨界CO2溶劑中比在常規(guī)有機溶劑中的順式十氫萘的收率更高，經(jīng)分析其原因可能是超臨界CO2溶劑表面較高的氫濃度加快了四氫萘向順式十氫萘的轉(zhuǎn)變，而生成反式十氫萘的主要中間物八氫萘的形成在該條件下受到抑制。Bottazzi等［53］采用等體積浸漬法將乙酰丙酮銥浸漬到SBA-16分子篩上制得了Ir/SBA-16催化劑，該催化劑對四氫萘加氫具有較高的活性，同時表現(xiàn)出較好的抗硫、抗氮性能。

2.2.2 非貴金屬催化劑

非貴金屬四氫萘加氫催化劑以負載型Ni，Co，Mo，W等過渡金屬催化劑為主。Infantes-Molina等［54］以Zr改性的介孔SiO2（Zr-MSU）為載體，采用等體積浸漬法將一定量的硝酸鈷溶液浸漬于載體上，然后在一定溫度下烘干、焙燒，制得一系列不同Co負載量的Co/Zr-MSU催化劑，探究該催化劑上四氫萘的加氫效果。實驗結(jié)果表明，該系列催化劑中金屬負載量越大、反應(yīng)物與催化劑的接觸時間越長、氫油比越高，四氫萘的轉(zhuǎn)化率越接近100%，且加氫和開環(huán)產(chǎn)物的收率也越高。另外，反應(yīng)物中硫含量越高，催化劑的活性下降得越快，但經(jīng)還原處理后，催化劑的活性仍可恢復(fù)。Eliche-Quesada等［55］研究了Zr-MSU負載的NiW催化劑的制備方法對其催化四氫萘加氫活性和抗硫性能的影響。類似地，Rodriguez-Castellon等［56］研究了Zr改性的介孔分子篩負載的Ni催化劑對四氫萘加氫和開環(huán)反應(yīng)性能的影響。

Ferraz等［57］考察了3種載體負載的硫化態(tài)NiMo催化劑對四氫萘的加氫反應(yīng)活性，3種載體分別為Al2O3，SiO2-Al2O3，Al2O3-Y型分子篩。對于NiMo/SiO2-Al2O3和NiMo/Al2O3-Y催化劑，載體的酸性有利于四氫萘加氫開環(huán)產(chǎn)物的生成，且這兩種催化劑都對四氫萘加氫飽和及加氫開環(huán)反應(yīng)具有較高的活性，這與載體及硫化態(tài)金屬活性相有關(guān)。而在NiMo/Al2O3催化劑存在下，四氫萘的加氫飽和產(chǎn)物較多，開環(huán)產(chǎn)物較少。

由此可以看出，催化劑能從本質(zhì)上影響反應(yīng)的進行，萘和四氫萘的轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)物的選擇性等都受催化劑控制，故高性能、低成本催化劑的研制和開發(fā)將成為今后的重點發(fā)展方向，且對工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用具有重要意義。

3 十氫萘和四氫萘用于儲氫材料的研究與展望

十氫萘和四氫萘的脫氫反應(yīng)見圖2。由于該反應(yīng)可提供相當量的H2，所以一些科研工作者針對十氫萘或四氫萘在儲氫材料方面的應(yīng)用進行了研究和探索。

圖2 十氫萘和四氫萘的脫氫反應(yīng)［58］Fig.2 Dehydrogenation of decalin and tetralin［58］.

Hodoshima等［59］研究了Pt/C系列催化劑在液膜式反應(yīng)器中催化十氫萘脫氫生成萘的反應(yīng)，在液膜狀態(tài)下，催化劑片層是過熱的，這比其在懸浮狀態(tài)下可產(chǎn)生更多的H2。在280 ℃下，該反應(yīng)的供氫能力完全可滿足一般車輛燃料電池的需求。此外，在實驗條件下，該反應(yīng)的有效質(zhì)量供氫量為7.3%（w），單位體積供氫量高達64.8 kg/m3，高于美國能源部提出的有效質(zhì)量供氫量（6.5%（w））和單位體積供氫量（62.0 kg/m3）的標準要求。他們［59］還提供了各種儲氫材料與技術(shù)的供氫能力和一些權(quán)威機構(gòu)的規(guī)定標準。相比之下，作為儲氫材料，十氫萘的供氫能力最強。另外，從高能效、低能耗以及經(jīng)濟、安全、便攜的角度看，十氫萘脫氫仍是燃料電池氫源的最佳選擇。

Hodoshima等［60］還發(fā)現(xiàn)，在過熱液膜狀態(tài)和Pt-Re/C催化劑存在下，十氫萘具有高效的供氫能力。十氫萘作為燃料電池車輛儲氫材料的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)模型見圖3，其中包括原料的運輸、儲存及循環(huán)生產(chǎn)等過程。在該模型中，十氫萘的脫氫和萘的加氫是循環(huán)進行的，這讓工廠副產(chǎn)的H2或由可再生能源產(chǎn)生的H2作為燃料電池車輛的能源得到有效利用。文獻［58，61］也對十氫萘在儲氫材料方面的應(yīng)用進行了報道，突出了其優(yōu)越性。

Hodoshima等［62］還對四氫萘作為儲氫材料的應(yīng)用進行了研究。研究結(jié)果表明，四氫萘的儲氫能力雖不如十氫萘，但其脫氫要比十氫萘脫氫容易，在相同條件下，它的產(chǎn)氫速率是十氫萘的3.9～6.3倍。因此，四氫萘也是一種具有較好發(fā)展前景的儲氫材料。

圖3 十氫萘作為燃料電池車輛儲氫材料的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)模型［60］Fig.3 An infrastructure model for decalin as a hydrogen storage material of fuel-cell vehicles［60］.

作為儲氫材料，十氫萘和四氫萘具有其他儲氫材料無法比擬的優(yōu)點和應(yīng)用前景，但要真正實現(xiàn)它們作為燃料電池車輛儲氫材料的目標，還有較遠的距離，除需進一步完善理論研究外，還需認真考慮和解決工程設(shè)施建設(shè)、廠址選擇、車輛適應(yīng)能力、發(fā)動機改造以及一些安全隱患等問題。

4 結(jié)語

研究萘或四氫萘加氫反應(yīng)可為油品中芳烴化合物的脫除提供指導(dǎo)，另外，萘或四氫萘的加氫飽和產(chǎn)物十氫萘也是一種重要的化工產(chǎn)品，具有非常廣泛的用途，尤其在儲氫材料方面具有很好的優(yōu)越性。然而，無論是萘或四氫萘的加氫反應(yīng)，還是十氫萘或四氫萘用作儲氫材料時的脫氫反應(yīng)，要想達到人們預(yù)想的結(jié)果，都離不開高性能的催化劑。貴金屬催化劑活性高，但成本高、易失活；非貴金屬催化劑成本較低，但加氫性能不如貴金屬催化劑。因此，在實際工業(yè)生產(chǎn)中，要實現(xiàn)萘或四氫萘的有效加氫以及十氫萘的有效脫氫，人們?nèi)孕柙诖呋瘎┓矫孢M一步研究和探索。

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