HZSM-5催化闪速热解水生木棉油制备直链生物燃料的反应参数优化与产物选择性研究

为解决非食用植物油能源化利用不足的问题，研究人员首次通过催化闪速热解技术结合响应面分析(RSA)和主成分分析(PCA)，系统探究了床层温度(300-500°C)和油/催化剂比例对水生木棉油(PA)转化效率的影响。结果表明，HZSM-5催化下可获得91.16%柴油级烃类和18.63% BTEX芳烃，为可再生燃料生产提供了新策略。

　　

在全球能源结构仍以化石燃料为主导（占比85%）的背景下，温室气体排放和资源枯竭问题日益严峻。国际社会对205年将温升控制在1.5°C的承诺，推动了生物质能源的研发热潮。其中，非食用植物油因其不与粮食竞争的特性备受关注，但水生木棉油（Pachira aquatica Aubl., PA）这类富含棕榈酸（C₁₆:0）的南美特色油料，其能源转化潜力尚未充分挖掘。巴西联邦大学的研究团队创新性地采用催化闪速热解技术，结合多变量统计方法，首次系统解析了PA油制备直链生物燃料（drop-in biofuels）的优化路径。

研究团队运用三因素三水平(3²)全因子实验设计，通过气相色谱-质谱联用技术分析产物组成，并采用主成分分析(PCA)和响应面分析(RSA)解析数据。重点考察了催化剂床温度(300-500°C)和油/HZSM-5比例(3:1至1:2)对产物分布的影响。

材料与方法
PA油通过机械压榨法从种子中提取，HZSM-5分子筛经NH₄Cl改性制备酸性催化剂。催化闪速热解在定制反应器中进行，采用原位催化方式，产物经冷阱收集后通过GC-MS定性定量分析。

结果与讨论
PCA分析显示前两个主成分累计解释率达88.42%，揭示温度与催化剂比例协同调控产物选择性的规律。300-400°C的中等温度区间配合低油/催化剂比(1:2)时，烷烃、烯烃等直链烃产率最高。特别值得注意的是，HZSM-5的强酸性位点有效促进脱氧反应，使柴油馏分烃类占比达91.16%，同时生成18.63%的BTEX（苯、甲苯、乙苯、二甲苯）高附加值芳烃。

结论
该研究证实PA油催化热解可高效转化为运输燃料组分，其中HZSM-5对产物选择性的调控具有决定性作用。通过多变量统计方法建立的优化模型，为生物质精炼工艺参数选择提供了新范式。研究成果不仅拓展了南美特色油料的应用场景，更通过"生产-消费"链条的绿色化实践，直接响应联合国可持续发展目标(SDG 7和SDG 12)。论文的创新性在于首次将多尺度统计分析与PA油催化转化相结合，为区域生物能源开发提供了可复制的技术模板。