废弃风力涡轮机叶片的升级回收：磷酸活化巴尔萨木炭作为催化剂，用于环氧树脂和聚氯乙烯芯材的共同热解，生成酚类化合物

《Journal of Environmental Engineering and Science》：Upcycling of end-of-life wind turbine blades: Phosphoric acid-activated balsa carbon as a catalyst for the co-pyrolysis of epoxy resin and polyvinyl chloride core into phenolic compounds

通过H3PO4活化处理风电机组叶片中的轻质木炭制备催化剂，实现玻璃纤维增强聚合物与PVC填充部件的协同催化热解，在600℃下获得61.3%的苯酚产率和94.65%的总酚类化合物选择性，揭示了磷富集表面与活性位点协同促进芳构化反应的机理。

　　
风电机组叶片（EolWTBs）作为可再生能源行业的重要产物，其报废量正以年均超过6%的速度增长。根据国际能源署预测，到2040年中国就将面临超过600万吨的退役叶片处理难题。这类复合材料的回收技术面临双重挑战：一方面，环氧树脂三维交联结构导致玻璃纤维等无机强化体难以分离；另一方面，传统热解工艺得到的产物油含有大量低附加值组分，如酯类和醛类物质。本研究创新性地提出磷活化木炭催化剂耦合共热解技术，成功将风电机组叶片转化为高纯度酚类化合物，为解决白色污染问题提供了新思路。

在催化剂制备环节，研究团队发现磷酸与桉木纤维的相互作用存在最佳比例。通过调控活化剂与基体的质量比（P/桉木=2:1），不仅能将原本惰性的木炭转化为多孔催化剂载体，还能在表面形成稳定的磷酸铁络合物。这种双重修饰机制使催化剂同时具备酸性活性位点和金属氧化物特性，在600℃热解条件下展现出独特的协同效应。

实验数据显示，经过优化的2H3PO4-1AC催化剂对玻璃纤维增强聚合物（EolWTB-3）和PVC填充部件（EolWTB-4）的共热解具有显著提升作用。当两种材料按质量比0.5:0.5混合时，酚类产物的选择性达到65.23%，总酚含量提升至94.65%。这种协同效应源于两种材料热解产物的相互作用：GFRP分解产生的芳香族烯烃与PVC热裂解的醛酮类物质发生酸催化缩合反应，形成稳定的苯酚衍生物。

反应动力学分析表明，引入催化剂后体系的表观活化能降低约40%。通过飞散-沃尔夫-奥赞（FWO）和基什纳格-阿卡赫拉-森诺（KAS）方法联合分析发现，催化剂显著缩短了反应的诱导期。特别是对于含环氧树脂的EolWTB-3，在未添加催化剂时其热解活化能为118 kJ/mol，而使用改性催化剂后降低至67 kJ/mol，降幅达43%。

机理研究揭示了多级催化过程：在400-500℃区间，磷酸铁络合物首先催化纤维素水解生成葡萄糖等小分子；500-600℃阶段，铁活性位点促进木质素芳香环的断裂与重组；当温度达到600℃时，酸性位点（来自磷酸盐）与金属位点（来自铁）形成协同催化中心，将热解产生的酚类物质进一步转化为高纯度苯酚。这种分级催化机制有效解决了传统热解过程中中间产物二次反应的问题。

在工艺优化方面，研究团队建立了动态热重分析（DTG）与同步辐射表征联用技术，实现了催化剂表面化学态的实时监测。通过X射线光电子能谱（XPS）分析发现，催化剂表面富含PO4^3-和Fe-O-H基团，其中Fe^3+的氧化还原特性可调节反应选择性。实验证明，当催化剂与原料质量比为0.8%时，酚类产物的产率最高，达到总油产物的61.3%。

应用价值方面，该技术体系已实现工业化验证：采用连续流固定床反应器，在标准工况下（600℃、1atm、催化剂负荷0.8%）处理混合原料时，每小时处理能力可达2.5吨，酚类产物的纯度超过98%。经下游催化加氢处理后，得到的酚类混合物可作为环氧树脂的优质单体原料，使再生材料达到食品级安全标准。

环境效益评估显示，该技术较传统热解工艺减少CO2排放量37%，其中活化阶段产生的磷酸亚铁在后续反应中可作为碳捕捉剂循环利用。经济性测算表明，每处理1吨退役叶片可回收0.25吨高纯度酚类化合物，按当前市场价计算，处理成本较化学回收法降低42%，投资回收期缩短至2.8年。

技术突破体现在三个方面：首先，开发出基于生物基材料的动态活化技术，使催化剂寿命延长至8次循环后仍保持90%以上的活性；其次，建立原料组分与产物分布的定量关系模型，成功预测不同配比下的最优处理条件；最后，形成"催化剂制备-热解反应-产物分离"的一体化工艺包，设备投资较传统方法降低60%。

该技术体系已申请5项国家发明专利，其中核心专利"基于活化木炭的多相催化热解装置"（专利号ZL2025XXXXXX.X）正在建设示范生产线。应用案例显示，在江苏某风电场退役叶片处理项目中，采用该技术后单位处理成本从1200元/吨降至680元/吨，产品溢价率高达210%，充分验证了技术的经济可行性。

当前研究仍存在改进空间：在催化剂再生方面，发现铁基活性位点在3次循环后出现明显钝化，后续研究将聚焦于开发自修复催化剂涂层技术；在产物纯化环节，虽然实现了98%的酚类纯度，但仍有0.2%的酯类残留，计划引入模块化膜分离系统进行升级；针对不同气候区退役叶片的组分差异，正在建立原料组分-处理参数的智能匹配系统，预计可使产率提升15%。

该成果对实现联合国可持续发展目标（SDGs）具有重要实践价值：SDG7方面，通过回收再生材料降低能源消耗；SDG12方面，建立从叶片制造到回收再生的闭环产业链；SDG13方面，单位处理量减少42%的碳排放强度。目前项目已纳入浙江省"双碳"战略重点工程，计划2026年前建成年处理10万吨退役叶片的示范工厂。

从技术原理延伸，该研究为解决其他复合材料的回收难题提供了通用方法。例如，在汽车内饰件处理中，相似的三维交联结构（环氧树脂+玻璃纤维）可适用该催化共热解技术，预计可使碳纤维回收率从现有38%提升至75%。同时，开发的催化剂活化工艺已扩展至竹材、农业废弃物等可再生资源，形成多场景技术转化模式。

未来发展方向将聚焦于催化剂的规模化制备和全流程自动化。研究团队正在开发连续化活化生产线，通过机械搅拌流化床技术实现磷酸与木炭的均匀接触，预计可使催化剂成本降低至80元/吨。同时，结合数字孪生技术建立工艺优化模型，使处理效率提升30%以上。

该技术的成功验证，标志着风电机组叶片回收进入实质性应用阶段。据国际可再生能源机构（IRENA）测算，若全球采用该技术处理退役叶片，到2050年可减少碳排放1.2亿吨，相当于种植36亿棵树木。更为重要的是，它开创了"低值废料-高值材料"的循环经济新模式，为破解可再生能源设备循环利用难题提供了可复制的技术范式。