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为解决化石燃料依赖引发的能源危机与环境问题，研究人员以火山泥（LM）和大理石废料（MW）合成三功能 Ni/Ca/ZSM-5 催化剂，用于废食用油（WCO）脱氧（DO）制生物航空燃料。发现 Ni 负载提升性能，产物符合标准，为废物利用和可持续能源提供新路径。
在能源短缺与环境恶化的双重压力下，全球对可持续替代能源的需求愈发迫切。航空领域作为化石燃料消耗的重要部分，其脱碳转型尤为关键。传统生物燃料虽已有所应用，但利用废油脂生产高性能生物航空燃料仍面临催化剂成本高、资源浪费与产物选择性不足等问题。废食用油（WCO）作为一种量大价廉的可再生资源，若能通过高效催化体系将其转化为长链烃类生物航空燃料，既能缓解能源危机，又能推动循环经济发展。然而，现有催化剂如 ZSM-5 在脱氧（DO）过程中存在过度裂解导致轻质烃占比高、长链烃（C15-C17）选择性不足的问题，且催化剂制备依赖化石资源衍生的化学品，不符合绿色化学理念。
基于此，印度尼西亚艾尔朗加大学（Universitas Airlangga）的研究团队开展了一项创新研究，相关成果发表在《Fuel》期刊。该研究以火山泥（LM）和大理石废料（MW）这两种工业废弃物为原料，合成了三功能 Ni/Ca/ZSM-5 催化剂，旨在通过引入钙（Ca）和镍（Ni）活性位点，优化催化剂的酸碱性与孔道结构，提升废食用油脱氧反应中长链烃的选择性，并验证利用废弃物制备高性能催化剂的可行性。
主要技术方法
研究主要采用以下关键技术：
- 催化剂合成：以火山泥为硅铝源，通过酸碱预处理去除杂质，与大理石废料（碳酸钙来源）按比例混合，采用水热合成法制备 Ca/ZSM-5 复合催化剂，再通过浸渍法负载不同含量的镍（Ni），形成 Ni/Ca/ZSM-5 催化剂。
- 性能表征：利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析催化剂结构，通过氮气吸脱附实验测定比表面积与孔道分布，采用程序升温脱附（TPD）技术表征酸碱性位点，结合气相色谱 - 质谱（GC-MS）分析反应产物组成及转化率、选择性。
- 催化反应：在固定床反应器中进行废食用油脱氧反应，考察温度、镍负载量等参数对转化率、脱氧度（DO degree）及产物分布的影响，并通过循环使用实验验证催化剂稳定性。
研究结果
1. ZSM-5 催化剂的基础性能
以火山泥合成的 ZSM-5（Z）在 380℃下对废食用油的脱氧反应表现出良好活性，转化率达 83.13%，脱氧度为 98.6%。但产物中烃类选择性为 58.83%，且长链烃（C15-C17）选择性仅 47.7%，主要因 ZSM-5 的强酸性导致过度裂解生成轻质烃。
2. Ca/ZSM-5 复合催化剂的性能提升
引入大理石废料形成的 Ca/ZSM-5（Z11）催化剂，通过碳酸钙分解生成的钙物种增加了催化剂的碱性位点，同时提升了介孔结构占比。这一改性使烃类产率从 ZSM-5 的 58.83% 提升至 72.3%，碱性位点与介孔结构协同促进了大分子油脂的扩散与脱氧反应，减少了过度裂解。
3. 镍负载对催化性能的优化
在 Ca/ZSM-5 上负载 10% 镍（Z11-Ni10）后，催化剂兼具酸碱双功能活性位点。镍的引入显著提升了脱氧反应效率，转化率高达 96.65%，脱氧度达 99%，且长链烃（C15-C17）选择性从 47.7% 提升至 66.6%。镍通过促进碳 - 氧键断裂（C-O cleavage）抑制了裂解副反应，同时其金属位点与酸性位点协同作用，定向引导长链烃的生成。
4. 催化剂稳定性与产物分析
循环使用实验表明，Z11-Ni10 催化剂在第六次循环后仍保持 86.14% 以上的总转化率，显示出优异的稳定性。对液体产物的理化性质分析显示，其密度、闪点、粘度等指标均符合生物航空燃料标准，证实了该催化体系的实际应用潜力。
研究结论与意义
本研究成功开发了一种基于工业废弃物的可持续催化剂制备策略，通过火山泥与大理石废料的资源化利用，构建了具有酸碱双功能与介孔结构的 Ni/Ca/ZSM-5 催化剂。该催化剂在废食用油脱氧制生物航空燃料中表现出高活性、高选择性与稳定性，为废油脂的高值化利用提供了新路径。研究结果不仅解决了传统催化剂制备对化石资源的依赖问题，还为火山泥、大理石废料等工业废弃物的环境治理提供了创新解决方案，契合循环经济与可持续发展目标（SDGs）。此外，镍负载量对长链烃选择性的调控机制，为设计高性能多相催化剂提供了理论参考，有望推动生物能源领域的技术革新。
