共水热预处理与热解协同增效农业塑料废弃物中生物油回收的机制研究

针对农业塑料废弃物(APW)管理难题，研究者创新性地提出低密度聚乙烯(LDPE)与秸秆共水热预处理(HTP)联合热解的两步法策略。实验表明，250-300°C HTP可选择性脱除秸秆氧元素，450-650°C热解产生的生物油中脂肪族化合物占比提升而含氧组分降低，同时将秸秆热解失重过程简化为单一步骤，为APW资源化提供了节能高效的新路径。

　　

随着现代农业的发展，覆盖薄膜、滴灌管道等塑料制品在提升作物产量和质量的同时，也带来了严重的农业塑料废弃物(APW)污染问题。全球每年产生数百万吨APW，其中约50%为低密度聚乙烯(LDPE)薄膜。这些废弃物常与秸秆、农药残留等形成复杂混合物，传统机械回收效率不足20%，露天焚烧又会产生二噁英等有毒物质。更严峻的是，APW中的微塑料可通过食物链富集，威胁生态系统和人类健康。如何实现APW的高值化利用，成为环境科学与能源领域亟待解决的难题。

美国国家科学基金会和以美农业研究发展计划(BARD)资助的研究团队在《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》发表论文，创新性地将水热预处理(HTP)与热解技术耦合，以4:1的LDPE-秸秆混合物为模型APW，系统研究了250-300°C HTP对后续450-650°C热解过程的影响。研究采用Parr高压反应器进行HTP，通过热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)表征热行为，并利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析生物油组分。

材料与方法
研究选用Sigma-Aldrich的LDPE和麦秸作为原料，模拟含20%生物质的APW典型组成。通过0.5L高压反应器在亚临界水条件下进行HTP，对比分析了纯组分与混合物在250°C和300°C处理后的元素组成变化。热解实验在固定床反应器中进行，重点监测450°C和650°C两个温度段的产物分布。

结果与讨论
元素分析显示HTP使秸秆氧含量从39.1%降至28.5%，而LDPE的C/H比保持稳定。热分析表明共HTP将秸秆的多步热解(200-400°C)简化为单一步骤(450°C)，活化能降低23%。GC-MS数据显示混合HTP样品的热解油中脂肪烃占比达78%，较纯秸秆油提高3倍，酚类和呋喃类含氧化合物减少67%。值得注意的是，300°C HTP处理的混合物在650°C热解时，生物油产率达到42.3%，高于理论计算值38.1%，证实了组分间的协同效应。

结论
该研究证实共HTP能选择性脱除APW中生物质的活性氧，使后续热解产物更接近商业燃料品质。工艺创新性地将能量密集型的热解步骤从多段简化为单段，整体能耗降低15-20%。这项工作为APW的"脱氧-提质"一体化处理提供了新思路，其技术路线可扩展至其他聚烯烃与生物质的共处理，对实现循环农业经济具有重要指导意义。