The deoxygenation of triglycerides via hydrotreating is a promising route for producing hydrocarbon fuels from renewable biomass. Because triglycerides are bulky esters possessing multiple C=C bonds, mass transfer limitation and coke deposition within the pore space of catalysts are significant problems. In this study, the catalytic effects of porous structure and surface acidity of $Pt/Al_2O_3$ were rigorously investigated in triglyceride deoxygenation. Pt was supported on a series of $Al_2O_3$ materials with various crystal structures (γ, θ, and α), pore sizes (3.3–28.6 nm), and Lewis acid amounts (0–337 µmol g-1), which were prepared by sol–gel synthesis. The γ- and θ-$Al_2O_3$ phases containing appreciable pentacoordinated Al sites effectively stabilized highly dispersed Pt particles (1.3–1.5 nm) via strong metal–support interactions and exhibited high catalytic activities. Conversely, Pt on α-$Al_2O_3$ without pentacoordinated Al sites exhibited very poor dispersion (> 12.6 nm), resulting in low catalytic activity. The results also showed that large mesopores (pore diameter > ~12 nm) were essential to obtain maximum catalytic activity without mass transfer limitation and to suppress catalyst deactivation by fouling. When comparing the γ- and θ-$Al_2O_3$ phases, the latter generally showed inhibited formation of heavy products and coke owing to its larger pore size and smaller amount of Lewis acid sites that can catalyze undesirable oligomerization of unsaturated fatty acids. Consequently, Pt on θ-$Al_2O_3$ with extra-large mesopores (pore diameter: 28.6 nm) simultaneously exhibited the highest deoxygenation activity, selectivity toward diesel-range paraffins, and long-term stability.
수소 처리를 통한 트라이글리세라이드의 탈산소화는 재생 가능한 원료인 바이오매스에서 산소가 포함되지 않은 탄화수소 연료를 생산하기 위한 유망한 경로이다. 트라이글리세라이드는 지방산 구성 단위에 여러 C=C 결합을 가지고 있는 크기가 큰 분자이기 때문에, 촉매의 기공 내에서 물질 전달 한계 및 코크의 형성이 중요한 문제이다. 본 연구에서는 $Pt/Al_2O_3$의 다공성 구조와 루이스 산도가 촉매효과에 미치는 영향을 엄격하게 조사하였다. 이를 위해 Pt를 상이한 결정 구조(γ, θ, α), 기공 크기 (3.3–29 nm) 그리고 루이스 산도 (90–340 µmol g-1)를 가지는 일련의 $Al_2O_3$ 지지체에 담지 하였으며, $Al_2O_3$들은 서로 다른 알루미늄 전구체를 사용하여 솔-겔 기법에 의해 제조되었다. 서로 다른 $Al_2O_3$ 상들 중에서, pentacoordinated Al 사이트를 포함하는 γ-와 θ-$Al_2O_3$는 강한 금속 지지 상호작용을 통해 고도로 분산된 Pt 촉매(지름: 1.2~1.5 nm)를 효과적으로 안정화시켰고 높은 산소화 활성을 보였다. 반대로, pentacoordinated Al 사이트가 없는 α-$Al_2O_3$에 담지된 Pt는 안정화되지 못하고 낮은 분산도를 보여 활성이 매우 낮았다. 기공 크기에 대해서는 질량 전달 제한 없이 최대 촉매 활성도를 얻고 코크 증착에 의한 촉매 불활성화를 억제하기 위해 초대형 메소기공 (직경 > 약 16 nm)이 필요했다 γ-와 θ-$Al_2O_3$를 비교했을 때, 후자는 더 큰 기공 크기와 원치 않는 부작용을 촉매하는 루이스 산도가 더 적어 중생물과 코크스의 형성이 상당히 억제된 것으로 나타났다.
