基于低成本催化剂的废轮胎原位与非原位催化热解研究

为解决废轮胎传统处理方式附加值低的问题，研究人员采用工业固废催化剂（sFCC/Rm/Fa）开展原位（in-situ）与非原位（ex-situ）催化热解研究。结果表明，非原位催化可显著提升热解油轻组分含量（最高达70.5%），sFCC调控效果最优，Rm脱硫性能突出，为废轮胎资源化提供了低成本高效技术路径。

　　

每年全球产生的废旧轮胎超过15亿条，仅欧美日地区就达500万吨。这些黑色污染物的传统处理方式——焚烧填埋不仅造成资源浪费，还会释放二噁英等有毒物质。尽管热解技术能将废轮胎转化为油、气和炭黑，但产物附加值低的瓶颈始终难以突破。更棘手的是，分子筛等高效催化剂成本高昂，工业化应用举步维艰。面对这一困局，山东高校的研究团队另辟蹊径，将目光投向工业固废，在《Waste Management》发表的研究中开创性地用废催化裂化催化剂（sFCC）、赤泥（Rm）和飞灰（Fa）这三种"工业边角料"作为催化剂，系统比较了原位与非原位催化模式对热解产物的调控规律。

研究团队采用热重分析（TGA）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）等技术，通过对比两种催化模式下产物的分布特性与组分差异，揭示了催化剂空间配置的作用机制。废轮胎颗粒经破碎干燥后，分别在固定床反应器中与三种催化剂进行直接混合（原位）或分层放置（非原位）热解实验，产物通过冷凝分离装置收集分析。

材料与方法
研究选用1-2 cm废轮胎颗粒，在105℃下干燥5小时后进行工业分析和元素分析。三种催化剂sFCC、Rm、Fa分别通过X射线荧光光谱（XRF）和氮吸附脱附测试表征其元素组成与孔隙结构。热解实验在500℃下进行，采用冷凝装置收集液态产物，气相产物通过气相色谱分析。

分析结果
非原位催化模式下，所有催化剂均使热解油轻组分（沸点<204℃）含量提升超25%，其中sFCC效果最显著，轻组分占比达70.5%。原位催化虽能促进芳烃生成，但非原位催化通过催化剂孔道结构促使热解中间体深度裂解，不仅降低中重组分含量，还将运动粘度从56.8 mm²
/s降至32.1 mm²
/s。Rm展现出独特优势——其含有的Fe₂
O₃
和TiO₂
通过氢化反应路径实现高效脱硫，硫含量较空白组降低38%。

技术经济性突破
sFCC的介孔结构（平均孔径15.4 nm）为裂解反应提供理想场所，其酸性位点促进C-C键断裂；Rm中Fe₂
O₃
含量达32.6%，通过Fenton反应机制实现硫元素定向脱除；Fa则凭借高比表面积（214 m²
/g）增强传质效率。相较于分子筛催化剂上千美元/吨的成本，这些工业副产物单价不足50美元/吨，且非原位模式可延长催化剂寿命3-5倍。

结论与展望
该研究证实工业固废催化剂在废轮胎热解中具有"变废为宝"的双重价值：非原位催化模式通过空间隔离实现产物精准调控，sFCC-Rm-Fa组合可分别优化油品组分、脱硫率和过程经济性。这种"以废治废"策略为废轮胎资源化提供了兼具环境效益与商业可行性的解决方案，特别适合在铝厂、电厂等工业集聚区构建分布式处理系统。未来研究可探索催化剂改性及多级串联反应器设计，进一步挖掘工业固废催化潜力。