随着化石燃料消耗量的逐年增加，能源短缺问题日益严重，因此开发可再生和清洁能源变得至关重要[1]。生物质能源因其可再生性、丰富的储备和广泛的来源而受到广泛关注[2]。生物质气化技术被认为是利用生物质资源的最有前景的方法之一，因为它可以将各种原料转化为气体燃料（H2、CH4和CO），用于发电、供暖或化工生产[3]。然而，焦油污染物是生物质热转化的固有副产品，会堵塞和腐蚀管道设备，从而降低合成气的产量[4]。催化裂化是去除焦油的最有效方法，因为它可以降低焦油分解的活化能，将其转化为可燃气体（如H2、CH4[5]。催化剂的选择尤为重要，因为生物炭催化剂具有丰富的孔结构和丰富的官能团，使其在去除焦油方面非常有效[6]。
过渡金属（如Fe、Ni等）对焦油具有很高的催化活性，通过金属负载可以进一步提高生物炭的催化性能。甲苯约占生物质焦油含量的24%，是焦油中的主要芳香族成分之一，其稳定性较高，常被用作焦油的模型化合物[7]。王等人[8]使用稻壳炭、玉米秸秆炭和樟树叶炭作为载体，制备了负载Fe的生物炭催化剂。这三种催化剂均表现出良好的甲苯转化率，其中用樟树叶制备的Fe负载生物炭催化剂的转化率最高，达到92.01%。张等人[9]通过浸渍法制备了负载Ni的松木热解炭和松木活性炭。研究发现，负载Ni的松木炭催化剂在去除焦油方面优于未改性的催化剂，其中负载Ni的松木活性炭的焦油去除率最高，达到92.6%。负载Mn的生物炭主要用于土壤[10,11]和水污染处理[12,13]，在甲苯催化裂化中的应用较少。邓等人[14]用KMnO4改性橡木炭，发现Mn-OC在低温下的甲苯转化率不超过58.43%，但在800°C时显著提高至93.07%，表明Mn金属对甲苯转化具有良好的催化活性。
在甲苯催化裂化过程中，催化剂会因金属烧结、碳沉积和活性位点中毒等问题而迅速失活[15]。其中，碳沉积是最常见的失活原因。甲苯分子通过生物炭的多孔结构，与表面上的各种芳香结构发生脱氢和聚合反应，形成焦炭，逐渐沉积在生物炭上[16]。碳沉积覆盖了催化剂表面和孔内的活性位点，导致活性位点丧失，降低了催化剂对甲苯的催化性能，并缩短了催化剂的使用寿命[17]。为了确保生物炭催化剂在反应过程中的稳定性并提高其抗失活能力，找到抑制生物炭表面碳沉积的方法至关重要。
近年来，相关研究表明，添加第二种金属可以提高催化剂的稳定性，多种金属之间的协同效应可以有效减少碳沉积。胡等人[18]制备了Fe–Ni双金属催化剂，并观察到Fe的添加显著提高了甲苯的催化性能。FeOx中的晶格氧可以有效氧化Ni原子上的固体沉积物，减少焦炭的形成。孟等人[19]研究了掺杂Ce的镍催化剂在苯催化重整中的应用，发现Ce的添加促进了氧空位的形成，提高了氧的流动性，并有助于去除碳沉积。基于Cu的催化剂也受到了广泛关注。郭等人[20]将Fe、K和Cu负载到稻壳炭上用于焦油裂化和重整，报告称Cu RHC在800°C下的焦油转化率可达90.6%，经过三个循环测试后仍保持高催化活性。Cu的引入促进了生物炭多孔结构的发育，特别是中孔的形成，有助于抵抗碳沉积。此外，Cu还可以与其他金属形成合金（如Ni-Cu[21]和Co–Cu[22]）。合金的形成不仅可以提高催化性能，还具有较好的抗烧结和抗碳沉积能力。添加Fe、Ce和Cu已被证明有助于保持催化剂的稳定性。因此，我们选择了Fe、Ce和Cu作为金属促进剂来改性负载锰的生物炭。
生物炭在催化过程中会因多种原因失活，不同双金属的存在可以在一定程度上提高催化剂的抗失活能力。因此，研究不同金属对生物炭失活特性的影响至关重要。在本研究中，我们使用稻壳生物质作为原料，通过浸渍法制备了多种双金属生物炭催化剂。我们研究了负载Fe、Ce和Cu的生物炭催化剂在长期甲苯催化裂化中的催化活性，并采用多种表征技术分析了不同双金属生物炭催化剂的形态特征、金属分布和存在形式以及官能团结构，以及它们对催化剂失活的影响。同时，还探讨了不同金属对催化剂表面碳物种类型和演变的影响以及催化剂失活机制。
