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制革行业每年产生大量含铬废弃物，处理难题亟待解决。研究人员开展制革污泥水热液化（HTL）研究，在最佳条件下获特定 H/C、O/C 比的生物原油，金属多存于固体残渣，且 Cr 未氧化为有害的六价态，为制革污泥处理开辟新路径。
在全球能源需求不断攀升，对化石燃料过度依赖引发诸多环境问题的当下，开发绿色可持续能源成为科学界的重要使命。与此同时，生物质作为可再生能源的重要来源，受到了广泛关注。然而，含金属污染物的生物质，如制革污泥，因其处理难度大，一直是能源转化领域的棘手问题。
制革行业每年在全球范围内产生约 6 亿立方米废水和 600 万吨皮革固体废物，其中铬含量达 1% - 4% 。传统处理方式如填埋或焚烧，不仅成本高昂，还可能导致铬氧化为剧毒的六价铬，污染土壤和水源。在此背景下，研究人员迫切需要寻找一种更环保、高效的处理方法，既能减少制革污泥的填埋量，又能实现能源转化，水热液化（Hydrothermal Liquefaction，HTL）技术应运而生。
意大利的研究人员针对这一难题展开研究。他们以制革污泥为研究对象，利用 HTL 技术，在不同反应温度和时间条件下进行实验，旨在探索最佳反应条件，实现制革污泥的能源化利用，并深入研究铬在 HTL 过程中的形态变化及分布规律。
研究结果表明，在 350°C 和 10 分钟的最佳操作条件下，生物原油的 H/C 比与起始生物质相似，而 O/C 比约为起始制革污泥的三分之一 。生物原油的产率在干基和无灰基上约为 25% - 30%，能量回收率约为 40% - 45%。这意味着通过 HTL 技术，制革污泥能够有效转化为具有较高能量价值的生物原油，为能源供应提供了新的选择。
在产物特性方面，NMR 分析显示生物原油主要由脂肪族单元构成，是一种复杂混合物。这一特性决定了生物原油在能源应用中的潜在优势和可能面临的挑战。同时，通过 ICP - MS、原子吸收和 UV - 可见光谱分析发现，无机元素主要存在于固体残渣中，且铬以起始的三价形式存在。这一结果至关重要，因为避免了铬氧化为有害的六价铬，大大降低了环境风险，使得 HTL 技术在处理含铬废弃物方面具有显著的优势。
从产物分布来看，HTL 反应中大部分生物质在加热阶段转化为产物，生物原油产率在达到一定反应时间后趋于稳定，形成平台期。在 350°C 时，10 分钟后生物原油产率达到 18.8%，并在一段时间内保持稳定；300°C 时，30 分钟后产率达到相对稳定状态。随着反应时间延长，生物原油和水溶性化合物产率下降，气相产率增加，这为优化反应条件提供了重要依据。
研究还对生物原油和水相进行了定性和定量表征。NMR 和 LC - MS 分析表明，生物原油和水相中都存在脂肪族单元、醇、胺和芳香族化合物。但水相中高含量的有机化合物需要进一步处理或回收，以提高工艺的经济效益。对于生物原油中存在的金属杂质，如铁和铬，由于其氧化物和氢氧化物不溶于水，传统的原油精炼预处理方法难以去除，需要采用新的技术，如酸环境辅助超声化学萃取或酸树脂化学吸附等，以满足能源应用的要求。
在铬的形态研究中，研究人员发现铬在 HTL 产物中主要以三价形式存在于固体残渣中，且未检测到六价铬。这一结果进一步证实了 HTL 技术在处理含铬废弃物时的安全性和可靠性，为其大规模应用提供了有力支持。
总的来说，这项研究首次通过严格的铬物料平衡证明，制革污泥可通过 HTL 技术转化为生物原油，同时将铬以无害的三价形式集中在固体残渣中。这不仅为制革污泥的处理提供了创新的解决方案，减少了对环境的危害，还实现了废弃物的能源化利用，在能源领域和环境保护方面都具有重要意义。该研究成果发表在《Fuel》杂志上，为相关领域的研究和实践提供了重要参考。
研究人员在开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。首先，对制革污泥原料进行了全面的分析检测，采用 TGA701 LECO 热天平、LECO CHN628 分析仪等设备，通过 UNI 9903/ASTM D5142、ASTM D5373 等标准程序，对污泥进行了近似分析、元素分析、高位发热量（HHV）测定等 。其次，利用 500 mL 的 Hastelloy C - 276 间歇式反应器进行 HTL 实验，精确控制反应温度、压力、时间等参数 。最后，通过一系列分离和表征技术，如过滤、索氏提取、离心、蒸馏等对反应产物进行分离，采用 NMR 光谱、LC - MS 分析、ICP - MS 等技术对产物进行定性和定量分析，从而全面深入地研究了制革污泥的 HTL 过程。
