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生物质与煤共燃时，其中高含量的碱及碱土金属（AAEMs）会加剧结渣和腐蚀问题，限制其工业应用。研究人员开展耦合芬顿和光催化预处理的研究，发现该方法可使燃烧性能指数提升 170%，降低 AAEMs 含量 53.5%，为优化共燃系统提供策略。
在能源领域，煤炭一直占据着重要地位，但煤炭燃烧时会排放大量二氧化碳，给环境带来巨大压力。生物质燃料作为一种潜在的替代能源，因其具有碳中性的特点，与煤混合燃烧可降低净二氧化碳排放，逐渐受到人们的关注。然而，生物质燃料存在诸多问题，其中高含量的碱及碱土金属（AAEMs）在与煤共燃时，会引发结渣、积灰、团聚和腐蚀等现象，严重影响锅炉的效率和长期运行稳定性，这极大地限制了生物质在工业中的大规模应用 。为了解决这些问题，国内的研究人员开展了一项关于耦合芬顿氧化和光催化预处理降低生物质中 AAEMs 以提升煤共燃性能的研究，相关成果发表在《Fuel Processing Technology》上。
在本次研究中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，对生物质（核桃壳）和煤（伊敏煤）进行了预处理，将其粉碎并过筛至相同粒径，再经真空干燥处理。接着，分别进行芬顿预处理、光催化预处理以及二者耦合的预处理。之后，通过热重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA）研究不同预处理核桃壳与煤混合样品的燃烧特性和动力学参数；利用 X 射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）和 X 射线荧光（X-ray Fluorescence，XRF）技术分析混合燃烧前后灰分的理化性质；引入结渣和积灰指数来量化灰分的结渣和积灰特性。
研究结果如下：
- 共燃特性：研究发现，经预处理的核桃壳与煤共燃时，质量损失趋势未发生显著改变，但过程可分为三个阶段。第一阶段是室温至 150°C，主要为水分蒸发；第二阶段 150 - 600°C，是生物质和煤主要成分的降解阶段；第三阶段 600 - 800°C，为耐热成分的降解和焦炭的进一步缩合。同时，预处理改变了共燃特性，如 PF-WsC（芬顿耦合光催化预处理的核桃壳与煤的混合物）样品在导数 DTG 曲线中 300°C 处肩峰消失，纤维素降解的失重峰强度增加，煤降解的失重峰强度降低，且其焦炭产率高于未处理样品。
- 加热速率的影响：以 PF-WsC 为研究对象，随着加热速率增加，TG/DTG 曲线向高温区间移动，点火、峰值和燃尽温度均升高，但残余质量无显著差异。同时，最大失重率、平均失重率和燃烧性能指数 S 均增加，表明较高加热速率会降低样品热稳定性，增强燃烧性能。
- 动力学分析：通过模型自由法计算活化能，发现不同预处理样品的平均活化能大小顺序为 WsC < P-WsC < F-WsC < PF-WsC，这表明预处理增加了混合物的反应壁垒。采用模型拟合方法计算反应模型，确定 F2 模型为最佳反应模型，且实验曲线与预测曲线相关性良好，证明了所推导的动力学三因素能准确预测混合物的热转化行为。
- 灰分特性分析：XRD 分析显示，石英（SiO?）和硬石膏（CaSO?）是主要矿物相，预处理后 SiO?含量增加，CaSO?含量减少。XRF 分析进一步表明，预处理降低了 AAEMs 含量，且耦合芬顿氧化和光催化预处理的效果最佳。同时，结渣和积灰指数分析表明，预处理显著降低了结渣和积灰倾向。
综上所述，研究结论为：芬顿耦合光催化预处理显著改变了核桃壳的理化性质，抑制了其对煤结焦反应的催化活性。提高加热速率虽会使 TG/DTG 曲线向高温移动，但能提升混合燃料的燃烧性能。预处理降低了结渣和积灰指数，其中耦合预处理对 AAEMs 的去除效率最高。该研究为生物质与煤的可持续共燃提供了新策略，有助于提高能源效率，减少与结渣相关的排放，对优化生物质 - 煤共燃系统具有重要意义，为解决生物质在工业应用中的难题提供了新的方向和方法。
