化石燃料仍主导着全球能源需求，2024年占总能源消费的87%[1]。预计这一比例将持续保持高位，到2040年化石燃料仍占全球能源需求的约78%[2]。在印度尼西亚，2021年化石燃料提供了约84.4%的能源消费[3]。化石燃料的过度使用导致能源安全下降和温室气体排放增加。仅交通运输部门就消耗了37%的能源，并产生了22.3%的二氧化碳排放[4]。
生物燃料，特别是生物柴油，为化石燃料提供了有前景的可再生替代品。生物柴油可以从多种生物质来源生产，其中棕榈油占全球市场的约60%[5]。然而，直接使用棕榈油作为生物燃料原料会引发“食物与燃料”之间的冲突。因此，富含游离脂肪酸的棕榈脂肪酸馏分（PFAD）和棕榈酸油（PAO）等棕榈油副产品成为更可持续的原料选择[6,7]。
多项研究展示了通过催化裂化[8,9]和热解[10,11]生产生物柴油的方法。但这些过程往往会产生含氧化合物，从而降低热值、增加化学不稳定性及腐蚀性，并阻碍与化石燃料的混合[12]。因此，加氢脱氧（HDO）作为一种关键升级途径受到重视，它通过氢化、脱羧（DCX）和脱羰（DCN）反应去除氧物种[9]。例如，对粗棕榈油（CPO）进行HDO处理后，脂肪酸含量从38.2%降至2.31%[13]；甘油三酯的HDO处理提高了烃类产量和热值[14]，而PFAD的HDO处理显著降低了氧碳比[15]。使用高效催化剂可进一步提高这一过程的效率。
液体产品的生物柴油成分基于PIONA（图13）进行分类。PIONA成分对辛烷值、燃烧性能、排放和汽油储存性有影响。先前的研究表明，烷烃能提高生物燃料的储存稳定性[16]。汽油中的芳香烃包括苯、甲苯、乙苯和二甲苯，它们的存在可提升汽油的辛烷值[17]。然而，苯和乙苯具有致癌性[18]，因此应控制其含量；增加异烷烃成分是提高辛烷值的另一种方法[8]。烯烃在发动机中可实现完全燃烧，同时降低烃类和二氧化碳排放[19]，但它们的储存稳定性较低且易氧化[19]。因此，分析PIONA分布有助于理解催化过程对产品组成的影响。
最近的研究中，非硫化过渡金属催化剂（如负载在HZSM-5上的Ni、Fe和Mo）成为主要研究焦点[20,21]。研究表明，这些体系（尤其是Ni-Mo/HZSM-5）比传统硫化催化剂具有更高的稳定性和选择性脱氧能力，同时有效减少了积炭[22,23]。Ni、Cu、Fe及其硫化物形式因其在HDO反应中的氢化能力和催化性能而受到广泛认可[24-28]。选择Ni、Fe和Cu也是基于它们的独特催化性质，这符合Sabatier原理——即反应物与催化剂表面的相互作用既不应过强也不应过弱[29]。
硫化催化剂在加氢脱氧过程中表现出优异的活性，但其应用常面临脱活、积炭、使用寿命短以及产品污染等问题[30]。此外，金属烧结也可能导致催化剂失活[31,32]。通过使用适当的载体（形成结合金属活性位点和酸性位点的双功能催化剂）可以缓解这些问题[33]。沸石Socony Mobil-5（ZSM-5）因其高比表面积、可调孔结构和可调酸度而特别有效[7,34]。其酸性位点（Br?nsted型BAS和Lewis型LAS）分别起到关键作用：LAS可削弱脂肪酸中的C–COOH键，而BAS则促进裂解[35]。ZSM-5的总体酸度取决于SiO2/Al2O3比例，降低该比例可增强酸度[36,37]。浸渍法制备催化剂可实现金属在沸石孔内的均匀分布[38,39]。该方法简单、成本低且有利于增强金属与载体的相互作用。
催化剂性能可通过批量和流动反应器进行评估。高压批量反应器常用于催化测试[15,40]，尽管批量系统在较低温度下可实现高转化率[41]，但流动反应器在常压下操作条件温和，能更好地控制氢气流量，便于催化剂回收和重复使用[42,43]。油酸（PFAD的主要成分，约占31%[44]）常被用作机理研究的模型化合物。
先前的研究报道了使用双功能催化剂进行加氢脱氧的研究进展。为了巩固本研究基础并提供研究趋势的初步概述，利用VOSviewer软件和Scopus数据库（2005-2025年发表的文献）进行了文献计量分析。近期HDO研究涉及硫化和非硫化催化剂体系，部分使用了硅铝基载体。产物类型包括柴油、喷气燃料和汽油。已有报道指出，在氢压下采用批量和连续系统进行了多种反应。网络可视化图（图1）显示了“汽油”、“加氢脱氧产物”和“非硫化催化剂”之间的紧密联系。“非硫化催化剂”关键词呈蓝绿色，表明该领域仍具有发展潜力；“过渡金属”关键词呈黄绿色，表明研究较为新颖；“HZSM”关键词与“温和反应条件”密切相关，仍是一个热门话题。基于此网络分析，使用非硫化过渡金属催化剂生产汽油的HDO技术具有很高的发展潜力。
尽管已有研究报道了过渡金属催化剂催化的HDO反应，但仍存在一些挑战。以往研究中，过渡金属催化剂通常需要在高压批量反应器中硫化，这限制了其应用，因为会导致失活和能耗增加。此外，现有研究未充分探讨过渡金属与载体酸度对生物柴油选择性在温和条件下的联合影响，尤其是SiO2/Al2O3比例对裂解反应和产物分布的影响。
因此，在本研究中，采用湿浸渍法将非硫化Cu、Fe和Ni金属催化剂负载到HZSM-5（SiO2/Al2O3比例分别为26和371）上。选择不同的SiO2/Al2O3比例是为了研究酸度对裂解反应和产物分布的影响。
催化剂活性测试在半流动反应器中进行，以油酸为原料。本研究旨在通过关联金属类型、酸度水平和催化剂特性，确定影响生物柴油（C5–C12）选择性的主要因素。
