酸浸残渣催化热解废弃木材定向转化制备高附加值糠醛的创新研究

针对生物质快速热解中糠醛选择性低的难题，研究人员创新性地利用酸浸残渣(ALR)催化剂，通过优化热解条件（500℃、废弃木材与ALR质量比1:4），实现生物油产率74.87 wt%、糠醛选择性95.41 area%的突破。该研究揭示了ALR表面氯化形成的Br?nsted酸位点对C5糖直接脱水转化为糠醛的催化机制，为废弃资源高值化利用提供了新策略。

　　

随着化石能源危机加剧，生物质作为碳中性可再生资源备受关注。全球每年产生逾2200亿吨木质纤维素生物质，但传统处理方式导致资源浪费和环境污染。糠醛作为重要平台化合物，市场需求超7亿美元，但其生产面临水解工艺废液多、热解选择性低等挑战。现有催化热解研究最高仅实现66.9%糠醛含量，且催化剂成本高昂。

为解决上述问题，西南联合研究生院等机构的研究团队在《Bioresource Technology》发表研究，首次利用贵金属精炼副产物酸浸残渣(ALR)催化废弃木材热解。通过盐酸活化处理，ALR表面形成AlCl₃薄层和γ-Al₂O₃结构，同时残留的Pt/Pd增强催化活性。研究采用热重-质谱联用(TG-MS)分析热解行为，气相色谱-质谱(GC-MS)定量产物，并结合NH₃-TPD和Py-IR表征酸位点。

材料与方法
废弃木材（纤维素50.78 wt%）与ALR按不同比例混合，在固定床反应器中500-600℃热解。通过对比未催化与催化实验，评估ALR对生物油产率及糠醛选择性的影响。

结果与讨论

1. 催化剂优化：1:4质量比时生物油产率达74.87 wt%，较无催化提升44%。ALR中Br?nsted酸位点（1547 cm^-1红外特征峰）数量比Lewis酸多2.3倍，促进C5糖直接脱水。
2. 温度效应：500℃时糠醛选择性95.41 area%，高温导致二次裂解。单糖模型实验证实C6糖需多步转化，副产物多。
3. 机理研究：氯活化使ALR比表面积增加至214 m²/g，孔容0.58 cm³/g，AlCl₃/γ-Al₂O₃协同作用降低活化能。

结论
该研究实现废弃木材与ALR双重资源化，生物油中糠醛含量创纪录（99.97 mg/mL），固体残渣可回收Pt/Pd。相比传统水解工艺，该方法无废液产生，为低成本生物基化学品生产提供新范式。