活化剂辅助热解污泥制备可燃气体与多孔吸附炭的特性研究

本研究针对污水污泥(SS)资源化难题，通过ZnCl2和KOH活化热解同步制备可燃气体(H2/CO达109.8 mL·g-1)与高比表面积活性炭(188.2 m2·g?1)，揭示活化剂对孔隙结构和MB吸附性能的影响机制，为污泥能源-材料联产提供新策略。

　　

随着城市化进程加速，污水污泥(SS)处理成为环境治理的焦点。这种富含微生物和有机质的复杂混合物，若处置不当将威胁生态健康。传统填埋和焚烧方式不仅占用土地，还可能造成二次污染。但危机中蕴藏转机——SS中48.5%的挥发分(V_ad)和11.2 MJ·kg^?1的热值(Q_net)，使其成为热解转化制备清洁能源和高值材料的理想原料。然而，单纯热解所得活性炭比表面积常低于200 m²·g^?1，且气体产物品质不稳定，这成为制约技术发展的关键瓶颈。

针对这一挑战，天津的研究团队在《Chinese Journal of Chemical Engineering》发表研究，创新性地采用ZnCl₂和KOH作为化学活化剂，通过固定床反应器系统探究了SS热解过程中气体产物与活性炭的协同调控机制。研究通过热重分析(TG)、孔隙结构表征和甲基蓝(MB)吸附实验，建立了"活化剂-热解条件-产物性能"的定量关系网络。

关键技术方法包括：采用天津咸阳路污水处理厂的脱水SS为原料；使用固定床反应器进行450-850°C梯度热解；通过N₂吸附测定活性炭比表面积；以MB为模型污染物评估吸附性能。

【Experimental material】
研究选用固定碳(FC_ad)仅5.9%的SS，经ZnCl₂/KOH浸渍后，在0.125-0.250 mm粒径范围内进行均质化处理，为后续实验提供标准化原料。

【Thermogravimetric analysis】
TG曲线揭示活化剂的催化机理：ZnCl₂在400-900°C引发4.7%的额外失重，其脱水作用促进芳构化；KOH则通过多步氧化还原反应优化孔隙发育。

【Conclusion】
研究获得三项突破性发现：(1)ZnCl₂在850°C使CO产率提升至71.9 mL·g^-1，同时显著抑制CH₄生成；(2)KOH在750-850°C选择性促进CO产生，且保持CH₄产量稳定；(3)ZnCl₂活化炭的微-介孔协同结构使其MB吸附量超越常规商业吸附剂。

这项研究的创新价值在于首次实现SS热解过程中能源气体与功能材料的协同优化。ZnCl₂活化的"气相产物调控"与KOH主导的"固相结构构建"，为建立"污泥处理-能源回收-水净化"的闭环系统提供理论支撑。特别是伪二级动力学模型对吸附过程的精准描述，证实了活性炭表面化学吸附的主导地位。该成果不仅推动污泥资源化技术向"零废弃"目标迈进，更为工业废水处理提供了低成本吸附剂解决方案。