油料作物残渣热解过程中产物特性与磷形态转化机制研究

针对油料作物残渣资源化利用不足及磷转化机制不明的问题，研究人员以油菜籽残渣(RR)和油茶籽残渣(CR)为对象，结合杨木(PW)对照，系统探究了热解温度对气/液/固产物的影响及磷形态转化规律。研究发现RR和CR生物炭产率高于PW，且磷以C3 -PO、C-PO3 等有机形态为主；CR生物油富含C12-C20烃类适于生物柴油，而RR含氮杂环需脱氮提质。该研究为油料残渣高值化利用提供了理论依据。

　　

随着全球食用油需求激增，油料作物年产量达3653万吨，伴随产生大量残渣。传统处理方式如饲料或肥料应用面临抗营养素（如植酸、芥酸）的挑战。热解技术可将残渣转化为生物炭、生物油和气体，但现有研究多聚焦单一产物，缺乏对磷形态转化及其与产物互作机制的系统认知。郑州轻工业大学等机构的研究人员选择油菜籽残渣(RR)、油茶籽残渣(CR)及杨木(PW)对照，通过固定床反应器热解实验，结合GC-MS、FTIR和XPS等技术，揭示了温度对产物分布的影响及磷的迁移规律。

研究采用垂直固定床反应器进行300-700°C热解，通过气相色谱(GC)分析气体组成，气相色谱-质谱联用(GC-MS)鉴定生物油成分，红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征生物炭中磷形态。

产物分布特征
温度升高促进气体产率而降低生物炭产率，RR和CR生物炭产率始终高于PW，生物油产率在500°C达峰值。这种差异源于油料残渣高蛋白/脂质含量与PW木质纤维素结构的本质区别。

磷形态转化机制
生物炭中磷以C₃
-PO、C-PO₃
和C-O-P等有机形态为主。400°C时C-PO₃
和C-O-P开始断裂形成C₃
-PO和PO₄
；高温下进一步转化为PO₄
或PO₄
，表明有机磷向无机磷的阶梯式转化。

产物应用潜力
CR生物油富含C12-C20长链烃，可直接用于生物柴油；RR生物油因含氮杂环需脱氮处理。气体中高浓度CO和H₂
显示合成气制备潜力。

该研究首次系统阐明了油料残渣热解过程中磷形态的动态转化路径及其对产物分布的调控作用，为定向调控热解条件以获得高附加值产品提供了理论支撑。尤其揭示了有机磷通过稳定生物炭碳骨架提升固碳效率的机制，以及磷形态差异对液体燃料品质的影响，对实现农业废弃物资源化与磷循环利用具有双重意义。论文发表于《Bioresource Technology》，获国家自然科学基金等多项资助。