萘、四氢萘和十氢萘的加氢或脱氢反应与催化剂的研究进展
2014-10-24殷长龙赵雪萍李秀峥柳云骐刘晨光
李 贺,殷长龙,赵雪萍,李秀峥,柳云骐,刘晨光
(中国石油大学(华东) 重质油国家重点实验室 CNPC催化重点实验室,山东 青岛 266580)
石油是当代社会经济得以迅猛发展的支柱,随着石油的大量开采和利用,原油劣质化程度越来越高,同时世界各国对环保要求也越来越高,故满足污染物排放标准的清洁油品的加工变得愈加困难。柴油中的萘类等芳烃物质会使柴油燃烧后排放大量的颗粒物,同时增大柴油的密度,降低柴油的十六烷值。因此,作为油品中的主要芳烃化合物,萘和四氢萘的有效脱除对于清洁油品的生产具有重要意义,此方面的工作离不开高性能加氢催化剂的研究与开发[1-2]。另外,萘或四氢萘的饱和加氢产物十氢萘具有广泛的用途,可用作溶剂、润滑剂或涂料等,尤其在储氢材料方面,具有很好的发展前景。
本文概述了萘、四氢萘和十氢萘的加氢或脱氢反应机理和动力学,详细论述了萘或四氢萘加氢催化剂(包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂两类)的制备方法及其催化性能;介绍了十氢萘和四氢萘在储氢材料方面的应用,并对其发展前景进行了展望。
1 加氢或脱氢反应机理及动力学
对催化反应的机理和动力学进行探究,可以从根本上理解反应物分子在催化剂上的行为,为不同功能催化剂的研制和开发提供理论指导,进而使在宏观上调控反应历程成为可能。
Ardakani等[3]研究了萘、四氢萘和十氢萘在Mo2C/HY,Mg-Mo2C/HY,K-Mo2C/HY,Pd/HY等几种负载型催化剂上的加氢开环反应,并提出单分子和双分子反应机理(见图1)。经研究发现,在一定条件下,3种反应物在Pd/HY催化剂作用下的转化率均高于Mo2C/HY催化剂,而Mg或K的引入造成Mo2C/HY催化剂上的反应物加氢转化率降低,但催化剂上的积碳量减少。另外,在Pd/HY和Mo2C/HY催化剂上,萘和四氢萘的加氢均主要通过单分子机理进行;与Mo2C/HY催化剂相比,反应物或中间产物在Pd/HY催化剂上通过双分子机理反应受到抑制,这可能是由Pd活性位有利于活泼氢的生成所致,活泼氢阻碍了大分子的聚合,进而抑制了催化剂积碳。
Liu 等[4]针对萘在Mo2C/HY催化剂上的加氢开环反应进行研究,同样提出单、双分子反应机理。他们认为,积碳是催化剂失活的主要原因,积碳主要通过双分子机理发生在酸性载体的表面,萘加氢生成四氢萘很容易进行,但四氢萘需通过单分子机理进一步加氢、异构化和开环才能获得开环产物。柳云骐等[5-6]提出了负载型Ni-Mo-P催化剂上萘加氢的反应机理,认为反应网络包括两条平行路径:一是萘加氢生成四氢萘后发生异构化或开环反应;二是萘加氢生成四氢萘后进一步加氢生成十氢萘,继而发生异构化或开环反应。王智强等[7]对四氢萘在负载型Ni-Mo2N催化剂上的加氢反应进行了探究,认为加氢机理可能是H2先在Ni上活化成活性氢,然后活性氢溢流到芳烃上发生加氢反应。
Monteiro-Gezork等[8]研究了Ni/Al2O3,NiMo/Al2O3,Ru/Al2O3催化剂上萘加氢的反应动力学,他们将实验数据代入Langmuir-Hinshelwood(L-H)动力学模型方程中进行回归处理时发现,实验数据与模型方程拟合的很好。拟合结果表明,H2和萘在预硫化的NiMo/Al2O3催化剂上存在竞争吸附,而在预还原的Ni/Al2O3和Ru/Al2O3催化剂上则是非竞争吸附关系。吸附常数表明,Ru/Al2O3催化剂对萘的加氢活性要高于Ni/Al2O3和NiMo/Al2O3催化剂。
Santana等[9]对四氢萘在Pt/Al2O3催化剂上的加氢动力学进行了研究,同样采用L-H动力学模型方程对实验数据进行模拟。研究结果表明,竞争吸附作用对四氢萘加氢产物的分布影响较大,在四氢萘还没有大部分加氢转化前,顺式十氢萘向反式十氢萘的转化受到强烈抑制,这可能是因四氢萘和顺、反式十氢萘的吸附热不同所致。Rautanen 等[10]则对萘和四氢萘在Ni/Al2O3催化剂上的加氢反应进行了研究,并提出一种动力学模型,该模型包含π吸附、π/σ吸附和σ吸附3种吸附方式,其中,σ吸附是导致催化剂结焦和失活的主要原因。
Haas等[11]对十氢萘在Ir/SiO2和Pt/SiO2催化剂上的加氢开环反应进行探索,提出了“直接开环”和“键转移异构”等反应机理。另外,Wang 等[12]针对负载型Pt催化剂上十氢萘的脱氢反应,通过Hougen-Watson方程建立了动力学模型,发现实验数据与动力学模型拟合较好。此外,该模型可对复杂的反应网络进行解释,包括顺、反十氢萘的异构化以及十氢萘脱氢生成四氢萘后进一步脱氢生成萘,而且这些反应都是可逆的。
由此可以看出,萘、四氢萘等化合物在临氢条件下的反应主要包括加氢饱和、加氢开环和结焦等反应,反应机理和动力学模型的建立与反应本身及催化剂密切相关。加氢饱和反应主要通过催化剂的金属位控制,而开环及积碳反应受酸性位的影响较大,人们可根据预制备的产物种类来选择不同种类的催化剂,进而结合对反应机理和动力学的研究,有针对性地对萘类化合物的加氢反应选择性进行调控,抑制积碳、结焦等副反应的发生,达到人们的预期效果。
2 加氢催化剂
2.1 萘加氢催化剂
萘加氢催化剂主要分为贵金属催化剂(Au,Pt,Pd等)和非贵金属催化剂(Ni,Mo,W等)。贵金属催化剂的优点是加氢活性高,但制备成本较高,抗中毒能力较差,易失活。非贵金属催化剂的成本较低,失活速率较慢,但加氢活性较贵金属催化剂差。
2.1.1 贵金属催化剂
Park等[13]通过溶胶-凝胶法和合成后引入法分别向MCM-41分子筛中引入Al,制得Al-MCM-41-Pre载体和Al-MCM-41-Post载体,然后采用过量水蒸气法在载体上浸渍Pt(NH3)4Cl2溶液,最后经烘干和焙烧制得Pt/Al-MCM-41催化剂。对催化剂进行萘加氢性能评价发现,催化剂的活性、选择性和抗硫性能取决于载体的酸性质。由于孔道内Al的分布状态不同,Al-MCM-41-Post载体的酸性位比Al-MCM-41-Pre载体多,萘及其一步加氢产物四氢萘的转化率随载体酸量的增加而增大,反式十氢萘的选择性一般随温度的升高和酸量的增加而增大。另外,由于Pt的缺电子性,增加酸性位有利于增强催化剂的抗硫性能。
Chen等[14]以氧化铝、硅溶胶、NaOH和CsOH为原料制备了RHO型分子筛,然后以Pt(NH3)4Cl2为Pt源引入Pt,制备了负载型Pt/RHO催化剂。XRD和TEM表征结果显示,Pt的引入未改变RHO型分子筛的晶体结构和形态;TPR和XPS分析结果表明,Pt粒子同时存在于分子筛笼内和分子筛分子间的空隙内。经研究发现,与Pt/RHO催化剂相比,以RHO和HY分子筛复合作为载体的Pt/RHO-HY催化剂对萘加氢具有较高的转化率,这可能是由后者氢溢流的促进作用所致。
一些研究者对Pd催化剂上萘的加氢性能进行了探究。Zheng等[15]制备了不同硅铝比的USY分子筛,然后采用等体积浸渍法在分子筛上浸渍Pd(NH4)3Cl2,经过烘干、焙烧制得Pd/USY催化剂。在200 ℃和苯并噻吩存在下,用该催化剂催化萘加氢反应时发现,分子筛的硅铝比对催化剂的活性、选择性及抗硫性能影响较大,催化剂的酸量、酸强度和活性随硅铝比的增大而降低,而催化剂的抗硫性能可能与金属和载体之间的相互作用有关,从而导致大量缺电子的Pd出现。载体的酸性也是催化剂积碳的主要原因。
Tang等[16]也对萘在负载型Pd催化剂上的加氢反应进行了研究。他们采用离子交换法制得Beta-H和Al-MCM-41载体,然后分别负载3.1%(w)和3.4%(w)的Pd,焙烧后得到Pd/Beta-H和Pd/Al-MCM-41催化剂。实验结果表明,与Pd/Al-MCM-41催化剂相比,Pd/Beta-H催化剂表现出更好的抗硫性能,这可能与载体酸性较强有关。另外,Pd/Beta-H催化剂催化萘一步加氢制得四氢萘的转化率也相对较高。
近年来,有关负载型Pd-Pt催化剂上萘加氢性能的研究[17-19]较多。作为同族贵金属元素,Pd和Pt具有相似的原子结构,因此可能具有相似的催化性能。在单独使用Pd或Pt催化剂无法达到预期效果时,Pd和Pt复配是一种提高催化剂加氢性能的方法。Du等[20]将Al2O3载体与某种分子筛(ZSM-5、Beta、USY或SAPO-11分子筛)进行复合,然后将金属组分以H2PtCl6和PdCl2水溶液的形式,采用共浸渍法浸到载体上,最后经烘干、焙烧制得成型催化剂。N2吸附、NH3-TPD和TPR表征结果显示,该催化剂对萘的加氢活性与催化剂的酸性、孔结构、金属分散度以及金属与载体间的相互作用有关,而这些性质又可通过向Al2O3载体中引入合适的分子筛来调节。以上几种分子筛中,SAPO-11分子筛的引入可得到综合性能较好的催化剂,在260~300℃下,该催化剂可使萘完全加氢转化,且生成十氢萘的选择性超过90%。
张坤[21]对Pd-Pt催化剂的萘加氢活性和抗硫性能进行了考察,选取碳纳米纤维(CNF)作为催化剂载体,采用等体积浸渍法引入金属组分。研究结果表明,氧化处理可在CNF表面引入含氧基团,有利于金属组分的分散,提高了催化剂的活性。但随CNF表面氧化程度的增加,其表面石墨结构逐渐被破坏,使催化剂的抗硫性能下降。唐天地等[22-23]也对CNF负载Pd-Pt催化剂的萘加氢性能进行了探究,考察了CNF性质对催化剂性质的影响。
贵金属Au也被人们纳入萘加氢催化剂的研究范围,已有关于Au和其他贵金属结合作为萘加氢催化剂的研究报道[24-25]。Pawelec等[26]以由不同基质(SBA-200和NWa-155)制备的两种γ-Al2O3(分别记为AS和AN)为载体,采用共浸渍法制得Au-Pd/AS和Au-Pd/AN催化剂,在二苯并噻吩(DBT)存在下,考察了催化剂的萘加氢性能。实验结果表明,两种催化剂都具有较好的活性和抗硫性能,但Pd-Au/AN催化剂的加氢反应速率远大于Au-Pd/AS催化剂。此外,在相同条件下,与Au/γ-Al2O3催化剂相比,Au-Pd/γ-Al2O3催化剂催化萘加氢饱和生成十氢萘的选择性较差,故后者可作为萘加氢选择性生成不饱和加氢产物的催化剂。
Pawelec等[27]考察了萘在负载型Au和Au-Pt催化剂上的加氢性能。他们以γ-Al2O3和SiO2为载体,采用聚乙烯吡咯烷酮存在下的乙醇还原法(PVP)和浸渍法(IMP)引入金属组分。实验结果显示,以SiO2为载体的催化剂活性优于对应的以γ-Al2O3为载体的催化剂,对于Au/γ-Al2O3催化剂,两种制备方法对萘加氢产物的选择性影响不大,但采用IMP法制得的催化剂活性较高。对于采用PVP法制备的SiO2负载型催化剂,初始活性的高低顺序为:Au>Au-Pt,但后者失活速率较慢,这可能源于Au和Pt的协同作用。
一些研究者[28-29]对Ru和Rh等贵金属催化剂催化萘加氢反应的性能进行了探索。Hiyoshi等[30]采用等体积浸渍法制备了石墨和活性炭负载的Rh催化剂,并在超临界CO2溶剂中对该催化剂的萘加氢反应活性进行评价。实验结果显示,以石墨为载体的催化剂具有较高的活性,这可能是由处在石墨微晶边缘的Rh粒子易于吸附H2所致。
抗中毒能力差是贵金属催化剂的缺点,对于负载型贵金属催化剂,载体可对金属活性组分起到分散和支撑的作用,同时载体的种类和酸性等性质对催化剂的加氢性能产生较大影响。如酸性位多的载体可能增强催化剂的抗硫中毒能力,但酸性位过多也会加快催化剂的结焦失活。为弥补贵金属在抗中毒能力方面的不足,人们从处理方式、复配和添加助剂等方面对载体进行改性,使金属活性组分与载体更好地配合,增强催化剂的抗中毒能力,延长催化剂的寿命,从而充分发挥催化剂的效能。
2.1.2 非贵金属催化剂
目前,非贵金属萘加氢催化剂以负载型为主,也有少量非负载型。
Li等[31]采用等体积浸渍法制备了Ni/γ-Al2O3催化剂,并提出一种不焙烧直接还原的预处理方法,在合适的还原条件下,该方法有利于提高催化剂催化萘加氢的活性。当还原温度低于700 ℃时,随温度的升高,催化剂的分解和还原逐渐进行直至完全,这有利于提高催化剂的金属分散度和活性。Barrio等[32]研究了Ni/SiO2-Al2O3和Ni-Pd/SiO2-Al2O3催化剂上萘的加氢反应,发现两种催化剂的初始活性都较高,且随反应时间的延长,后者抗失活能力相对较强。朱红英等[33]考察了反应条件对萘饱和加氢的影响,确定了最佳的工艺条件。
Hassan等[34]研究了NiMo/Al2O3催化剂上萘的加氢性能,在超临界和较高氢油比的条件下,反应6 h后催化剂未明显失活。压力对萘加氢转化率影响较大,在300 ℃、6 MPa下萘的转化率接近100%。当氢油比较低时,在超临界条件下反应7 h后,萘的转化率降至58%;在亚临界条件下萘的转化率只有35%。超临界流体对催化剂的积碳失活起到抑制作用。
Monteiro-Gezork等[35]分别制备了预硫化和预还原两种状态的NiMo/Al2O3和Ni/Al2O3催化剂,并对这两种催化剂的萘加氢性能进行评价。实验结果表明,NiMo/Al2O3催化剂的预硫化状态的活性较高,而Ni/Al2O3催化剂恰好相反,其预还原状态的活性更高,故Ni/Al2O3催化剂只有在无硫的环境中才能发挥较高的加氢活性。任晓乾等[36]研究了NiW/Al2O3催化剂上反应条件对萘加氢饱和反应的影响。研究结果表明,升高反应温度,萘的转化率和四氢萘的收率均下降,加氢裂化产物的收率略有增加;提高反应压力,萘和四氢萘的转化率均增大。
Zhang等[37]以(NH4)2HPO4,Ni(NO3)2,SiO2为原料,采用共浸渍法并通过TPR手段制备了一系列不同Ni/P摩尔比和不同总负载量的磷化镍催化剂,并对该类催化剂的萘加氢性能进行评价。评价结果表明,所有催化剂都具有较高的活性,在Ni/P摩尔比为1.25、总负载量为30%(w)的催化剂上,萘的转化率最高,生成十氢萘的选择性也最高,在340 ℃、4 MPa下二者分别达到100%和83%。他们[38]还报道了在DBT和喹啉存在下,负载型磷化镍催化剂催化萘加氢的性能,喹啉对催化剂活性的影响是可逆的,而DBT对催化剂活性的影响是不可逆的。杨欣佳等[39]制备了MoP/SiO2-TiO2-ZrO2催化剂,优化了萘在该催化剂上的加氢工艺。赵安琪等[40]则研究了负载型硅化钴催化剂上萘的加氢转化率和产物四氢萘的选择性。
非负载型催化剂是近些年来兴起的一种高活性催化剂,也叫本体催化剂。与负载型催化剂不同,非负载型催化剂的主要特点是无需载体,活性组分含量不受限制,故具有较好的加氢性能。
Ardakani等[41]以MoO3为原料,在H2/CH4气氛中制备了非负载型Mo2C催化剂,经研究发现,在温度573 K、氢压3 MPa的条件下,该催化剂对萘加氢饱和产物的选择性较高,开环产物较少。另外,将该催化剂在氧气中处理可提高其稳定性和萘的转化率,但开环产物的选择性仍较低。张胜等[42-43]对非负载型Ni-Mo-W催化剂上萘加氢反应进行了研究,同时考察了工艺条件对萘加氢反应的影响。研究结果表明,该催化剂对萘加氢具有较高的活性,在一定条件下,萘的转化率可达100%,产物十氢萘的选择性也高达99%以上。根据目前的研究结果,非负载型Ni-Mo-W催化剂对萘加氢具有较好的催化性能,其活性非常接近贵金属催化剂。另外,非负载型Ni-Mo-W催化剂具有较好的抗硫中毒性能,制备成本相对较低,这是贵金属催化剂所不具备的,故非负载型Ni-Mo-W催化剂的发展空间大,具有一定的研究价值。
2.2 四氢萘加氢催化剂
四氢萘是萘第一步加氢的产物,该步反应较易进行,但受化合物本身性质和热力学等因素的影响,四氢萘进一步加氢较前一步困难,故研究四氢萘加氢催化剂具有一定意义。四氢萘加氢催化剂也主要分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂两大类。
2.2.1 贵金属催化剂
Luo等[44]在Al改性MCM-41分子筛负载的Pt催化剂上进行四氢萘加氢反应,金属采用3种方式引入,即先Al后Pt、先Pt后Al和PtAl同时。实验结果表明,与无Al的Pt/MCM-41催化剂相比,Al的引入可提高Pt的分散度和催化剂的酸性,Al与Pt之间的相互作用导致缺电子Pt粒子的形成,采用先Pt后Al引入方式制备的催化剂具有最好的抗硫性能。
Chan等[45]研究了四氢萘在Pt/γ-Al2O3催化剂上的加氢反应,该反应采用滴流床或填料床,在压缩CO2或超临界CO2介质中进行。研究结果表明,在压缩CO2介质中,采用滴流床反应可获得很高的顺式十氢萘收率,这可能是由于反应介质黏度低,产物扩散性好。而在超临界CO2介质中,采用填料床反应,产物中顺式与反式十氢萘的摩尔比最高,但顺式十氢萘的收率远低于采用滴流床反应条件下的收率,这可能是因为四氢萘在超临界CO2介质中的溶解度小所导致的。文献[46-48]也报道了负载型Pt催化剂上四氢萘的加氢反应性能。
与萘加氢催化剂类似,Pt-Pd双金属催化剂也是一种四氢萘加氢催化剂,关于这方面的报道较多[49-50]。Yu等[51]以无定形硅铝为载体,采用等体积浸渍法制备了负载型Pt-Pd催化剂,考察了在DBT和喹啉存在下,该催化剂催化四氢萘的加氢效果。研究结果表明,表面Pt含量高的催化剂活性也高。在喹啉存在下,催化剂活性随金属分散度的增大而提高;而在DBT存在下,催化剂活性主要受载体的酸性控制。此外,该催化剂具有较好的抗硫、抗氮和抗结焦性能,这源于Pt向Pd的电子转移使缺电子的Pt对毒物的吸附能力变弱。
人们还研究了其他贵金属(如Rh和Ir等)作为四氢萘加氢催化剂的情况。Hiyoshi等[52]研究了在超临界CO2溶剂中,Rh/γ-Al2O3和Rh/C催化剂催化四氢萘加氢的性能。实验结果发现,后者的活性高于前者,在后者的作用下,四氢萘加氢在超临界CO2溶剂中比在常规有机溶剂中的顺式十氢萘的收率更高,经分析其原因可能是超临界CO2溶剂表面较高的氢浓度加快了四氢萘向顺式十氢萘的转变,而生成反式十氢萘的主要中间物八氢萘的形成在该条件下受到抑制。Bottazzi等[53]采用等体积浸渍法将乙酰丙酮铱浸渍到SBA-16分子筛上制得了Ir/SBA-16催化剂,该催化剂对四氢萘加氢具有较高的活性,同时表现出较好的抗硫、抗氮性能。
2.2.2 非贵金属催化剂
非贵金属四氢萘加氢催化剂以负载型Ni,Co,Mo,W等过渡金属催化剂为主。Infantes-Molina等[54]以Zr改性的介孔SiO2(Zr-MSU)为载体,采用等体积浸渍法将一定量的硝酸钴溶液浸渍于载体上,然后在一定温度下烘干、焙烧,制得一系列不同Co负载量的Co/Zr-MSU催化剂,探究该催化剂上四氢萘的加氢效果。实验结果表明,该系列催化剂中金属负载量越大、反应物与催化剂的接触时间越长、氢油比越高,四氢萘的转化率越接近100%,且加氢和开环产物的收率也越高。另外,反应物中硫含量越高,催化剂的活性下降得越快,但经还原处理后,催化剂的活性仍可恢复。Eliche-Quesada等[55]研究了Zr-MSU负载的NiW催化剂的制备方法对其催化四氢萘加氢活性和抗硫性能的影响。类似地,Rodriguez-Castellon等[56]研究了Zr改性的介孔分子筛负载的Ni催化剂对四氢萘加氢和开环反应性能的影响。
Ferraz等[57]考察了3种载体负载的硫化态NiMo催化剂对四氢萘的加氢反应活性,3种载体分别为Al2O3,SiO2-Al2O3,Al2O3-Y型分子筛。对于NiMo/SiO2-Al2O3和NiMo/Al2O3-Y催化剂,载体的酸性有利于四氢萘加氢开环产物的生成,且这两种催化剂都对四氢萘加氢饱和及加氢开环反应具有较高的活性,这与载体及硫化态金属活性相有关。而在NiMo/Al2O3催化剂存在下,四氢萘的加氢饱和产物较多,开环产物较少。
由此可以看出,催化剂能从本质上影响反应的进行,萘和四氢萘的转化率以及产物的选择性等都受催化剂控制,故高性能、低成本催化剂的研制和开发将成为今后的重点发展方向,且对工业生产及应用具有重要意义。
3 十氢萘和四氢萘用于储氢材料的研究与展望
十氢萘和四氢萘的脱氢反应见图2。由于该反应可提供相当量的H2,所以一些科研工作者针对十氢萘或四氢萘在储氢材料方面的应用进行了研究和探索。
图2 十氢萘和四氢萘的脱氢反应[58]Fig.2 Dehydrogenation of decalin and tetralin[58].
Hodoshima等[59]研究了Pt/C系列催化剂在液膜式反应器中催化十氢萘脱氢生成萘的反应,在液膜状态下,催化剂片层是过热的,这比其在悬浮状态下可产生更多的H2。在280 ℃下,该反应的供氢能力完全可满足一般车辆燃料电池的需求。此外,在实验条件下,该反应的有效质量供氢量为7.3%(w),单位体积供氢量高达64.8 kg/m3,高于美国能源部提出的有效质量供氢量(6.5%(w))和单位体积供氢量(62.0 kg/m3)的标准要求。他们[59]还提供了各种储氢材料与技术的供氢能力和一些权威机构的规定标准。相比之下,作为储氢材料,十氢萘的供氢能力最强。另外,从高能效、低能耗以及经济、安全、便携的角度看,十氢萘脱氢仍是燃料电池氢源的最佳选择。
Hodoshima等[60]还发现,在过热液膜状态和Pt-Re/C催化剂存在下,十氢萘具有高效的供氢能力。十氢萘作为燃料电池车辆储氢材料的基础设施建设模型见图3,其中包括原料的运输、储存及循环生产等过程。在该模型中,十氢萘的脱氢和萘的加氢是循环进行的,这让工厂副产的H2或由可再生能源产生的H2作为燃料电池车辆的能源得到有效利用。文献[58,61]也对十氢萘在储氢材料方面的应用进行了报道,突出了其优越性。
Hodoshima等[62]还对四氢萘作为储氢材料的应用进行了研究。研究结果表明,四氢萘的储氢能力虽不如十氢萘,但其脱氢要比十氢萘脱氢容易,在相同条件下,它的产氢速率是十氢萘的3.9~6.3倍。因此,四氢萘也是一种具有较好发展前景的储氢材料。
图3 十氢萘作为燃料电池车辆储氢材料的基础设施建设模型[60]Fig.3 An infrastructure model for decalin as a hydrogen storage material of fuel-cell vehicles[60].
作为储氢材料,十氢萘和四氢萘具有其他储氢材料无法比拟的优点和应用前景,但要真正实现它们作为燃料电池车辆储氢材料的目标,还有较远的距离,除需进一步完善理论研究外,还需认真考虑和解决工程设施建设、厂址选择、车辆适应能力、发动机改造以及一些安全隐患等问题。
4 结语
研究萘或四氢萘加氢反应可为油品中芳烃化合物的脱除提供指导,另外,萘或四氢萘的加氢饱和产物十氢萘也是一种重要的化工产品,具有非常广泛的用途,尤其在储氢材料方面具有很好的优越性。然而,无论是萘或四氢萘的加氢反应,还是十氢萘或四氢萘用作储氢材料时的脱氢反应,要想达到人们预想的结果,都离不开高性能的催化剂。贵金属催化剂活性高,但成本高、易失活;非贵金属催化剂成本较低,但加氢性能不如贵金属催化剂。因此,在实际工业生产中,要实现萘或四氢萘的有效加氢以及十氢萘的有效脱氢,人们仍需在催化剂方面进一步研究和探索。
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