微波驱动富氧空位钢渣催化废机油升级：反应机制与绿色资源化路径

本研究针对废机油(WEO)环境危害大、传统催化体系效率低的问题，通过铜掺杂(Cu-doping)和微波煅烧技术将钢渣(SS)改性为兼具微波吸收与催化功能的富氧空位缺陷催化剂(MSC-Cu)。结果表明，改性后催化剂比表面积(S(BET) )提升至190.3 m2 /g，在500°C低温下使再生油收率达84.93 wt.%，其中短链烃(C4-C20)占比73.83%，为废机油高值化利用和钢渣资源化提供了双赢策略。

　　

随着全球能源需求激增，废机油(WEO)的处置成为环境治理难题——其含有的酸性化合物会加速设备腐蚀，而传统热解技术能耗高、产物品质差。更棘手的是，常规催化剂如沸石和SiC难以兼顾微波吸收与催化活性，而富含过渡金属的钢渣(SS)因晶相惰性未被有效利用。如何通过绿色方法激活SS的催化潜能，实现WEO低温高效转化，成为破解资源环境困局的关键。

中国某研究团队在《Fuel》发表的研究中，创新性地采用"酸洗-碱沉-铜掺杂"三步法将SS转化为富氧空位缺陷的微波催化剂(MSC-Cu)。通过控制微波煅烧时间调控Cu²⁺
掺杂量，结合X射线衍射(XRD)和电子顺磁共振(EPR)表征缺陷结构，并建立微波热解系统评估催化性能。来自河南钢铁厂的SS样本经硝酸(HNO₃
)浸出金属组分后，与铜盐共沉淀获得前驱体，最终在真空条件下煅烧获得目标催化剂。

催化剂组成分析
XRD显示原始SS中钙硅酸盐(Ca₂
SiO₄
)等惰性相占主导，而改性后的MSC-Cu-2.0（煅烧2小时）出现显著Fe₂
O₃
和CuO特征峰。EPR证实其氧空位浓度较未改性SS提升3.2倍，归因于Cu²⁺
的电荷补偿效应诱导晶格畸变。

催化性能验证
在500°C微波热解中，MSC-Cu-2.0使WEO转化率较空白组提升41%，再生油轻质组分(C4-C20)含量达73.83%。气相色谱-质谱(GC-MS)显示长链烃(C>20)裂解效率提高，归因于氧空位捕获电子形成的Lewis酸位点促进C-C键断裂。

反应机制阐释
密度泛函理论(DFT)计算表明，Cu掺杂使Fe₂
O₃
(110)晶面氧空位形成能降低1.8 eV。这些缺陷位点通过界面极化增强微波吸收，同时作为电子陷阱引发烃链β-断裂，形成自由基中间体。

该研究突破性地实现了"以废治废"：SS中CaO含量从30%降至9%解决了晶相抑制问题，而Cu²⁺
/Fe³⁺
协同作用使活化能降低27.6 kJ/mol。所获再生油的运动粘度(40°C)为28.7 mm²
/s，达到商用润滑油标准。这种将工业固废转化为功能材料的策略，为循环经济发展提供了普适性范式。