从纤维增强塑料废料热解挥发物催化提质制氢：解锁废料处理与氢能生产新路径

为解决纤维增强塑料（FRP）废料回收中热解液体和气体难以利用的问题，研究人员开展 FRP 废料热解挥发物提质研究。结果表明，提质可消除复杂热解油，提升气体产量和质量，预重整催化剂及 H2S 吸附剂可提高氢气产率等。该研究为 FRP 废料回收提供新思路。

　　在当今资源与环境问题日益严峻的时代，塑料废料的处理成为了全球关注的焦点。纤维增强塑料（FRP）作为一种广泛应用于航空、船舶、风力发电等领域的材料，其废料的处理难度较大。传统的机械回收方法对 FRP 废料往往无能为力，因为热固性的 FRP 废料无法通过软化或熔化进行回收，且混合塑料流中不同塑料的软化 / 熔化温度不兼容。目前，FRP 废料最常用的回收方法是热解，然而，热解产生的液体和气体产物成分复杂，含有多种污染物，难以直接在工业中利用，通常只能被焚烧或当作危险废物处理，这不仅严重影响了 FRP 回收过程的经济效益，还对环境造成了极大的负担。同时，关于 FRP 废料热解产物的研究大多集中在回收纤维的机械性能上，对热解液体和气体的价值化研究少之又少。

为了攻克这些难题，来自未知研究机构的研究人员展开了深入的探索。他们致力于研究 FRP 废料热解挥发物的提质过程，期望能找到一种高效的方法，将这些难以处理的废料转化为有价值的产品，尤其是氢气。该研究成果发表在《Catalysis Today》上，为 FRP 废料的处理和氢能的生产开辟了新的道路。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，通过对 FRP 废料进行 proximate（近似分析）和 ultimate analysis（元素分析），精确测定废料中各成分的含量；其次，利用气相色谱（GC）技术，结合热导检测器（TCD）、火焰离子化检测器（FID）和质谱检测器（MS），对热解产物的气体和液体成分进行定性和定量分析；最后，搭建了由两个串联反应器组成的实验室规模热解装置，模拟热解和提质过程，研究不同条件下热解产物的变化。

研究结果主要从以下几个方面展开：

• 热解未处理挥发物的情况：在未对热解挥发物进行处理的实验中，热解产物主要为固体（81.7 wt.%），这是因为废料中含有大量的碳纤维，以及环氧树脂碳化后的产物。液体和气体产量较少，分别占 14.4 wt.% 和 3.9 wt.%。热解固体富含碳（90.9 wt.%），还含有一定量的氧、氮等元素。热解液体是由水相（47.4 wt.%）和有机相（52.6 wt.%）组成的两相液体，有机相成分复杂，主要包含酚类、苯胺类等物质。热解气体主要由二氧化碳、硫化氢、甲烷等组成，氢气产率较低，仅为 2.9%，且硫化氢含量高达 22.2 wt.%，这对后续的催化处理构成了巨大挑战。
• 热解处理挥发物的情况：当对热解挥发物进行提质处理时，实验结果有了显著变化。在不同的提质实验中，固体产量基本保持稳定，与未提质实验相似。但液体产量明显下降，气体产量增加。例如，仅进行热处理（TT）时，液体产量从 14.4 wt.% 降至 5.9 wt.%，气体产量从 3.9 wt.% 升至 6.7 wt.%；使用 H₂S 吸附剂（TT+S）时，对热解产率影响不大；而在催化实验（TCT 和 TCT+S）中，气体产量进一步增加，分别达到 9.6 wt.% 和 10.4 wt.%，液体产量则降至约 3 wt.%。在气体成分方面，热处理显著改善了气体组成，硫化氢浓度从 22.2 wt.% 降至 6.2 wt.%，氢气浓度从 1.0 wt.% 升至 6.2 wt.%，氢气产率提高到 39.1%。使用 H₂S 吸附剂后，硫化氢浓度进一步降低至 0.5 vol.%，去除效率达到 80%。催化实验中，催化剂的加入使得氢气产率进一步提高，TCT 实验中氢气产率达到 57.8%，TCT+S 实验中氢气产率更是高达 69.3%，同时气体中氢气浓度超过 50 vol.%，合成气（H₂+CO）浓度超过 75 vol.%。

研究结论和讨论部分指出，通过对 FRP 废料热解挥发物的提质处理，可以获得富含氢气的气体。升级步骤对于消除复杂的热解油、提高气体产量和改善气体组成至关重要。预重整催化剂能够提高提质步骤的性能，增加氢气产率；H₂S 吸附剂不仅能有效去除硫化氢，还能提升催化剂的性能，使气体产量达到最大，液体产量达到最小。这一研究成果为 FRP 废料的回收利用提供了新的策略，在实现废料资源化的同时，还能生产出具有高价值的氢气，对于推动环保产业和氢能发展具有重要意义。然而，目前研究中气体中仍存在少量硫化氢，未来的研究可以朝着完全去除硫化氢的方向开展，例如在升级反应器的不同区域设置 H₂S 吸附剂，以进一步优化工艺，提高产品质量。