NiO/CoO负载γ-Al2 O3 催化微波共热解小球藻与废轮胎：产物特性提升与反应机制解析

本研究针对微藻热解油品质低（高氮氧含量）及废轮胎环境堆积问题，通过NiO/CoO@γ-Al2 O3 催化微波共热解小球藻（CV）与废轮胎（WT），显著提升芳香烃产率（最高41.12%）、降低液氮（55.77%）和氧含量（43.53%），为固废高值化利用提供新策略。

　　

随着全球能源需求激增和化石燃料枯竭，生物质能因其可再生性和碳中性成为研究热点。微藻（如小球藻CV）因其高油脂含量和快速生长特性被视为理想生物燃料原料，但其热解油存在氮氧含量高、热值低等问题。同时，全球每年约15亿条废轮胎（WT）难以降解，造成严重环境负担。有趣的是，WT的高H/C_eff
（有效氢碳比）和碳黑微波吸收特性，使其成为CV共热解的优质氢供体。然而，传统热解技术效率低、产物品质差，亟需开发高效催化体系。

为此，国内研究人员在《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》发表研究，系统探究了NiO/CoO负载γ-Al₂
O₃
催化剂对CV与WT微波共热解的调控作用。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和比表面积分析（BET）表征催化剂结构，结合热重分析、气相色谱-质谱联用（GC-MS）等技术，揭示了不同金属活性中心（NiO vs CoO）对产物分布和反应路径的影响。

主要技术方法
研究采用浸渍法制备NiO/CoO@γ-Al₂
O₃
催化剂，通过微波反应器进行CV与WT（质量比6:4，C6W4）共热解，对比10-30 wt.%催化剂添加量对产物特性的影响，结合GC-MS分析液体组分，元素分析仪测定氮氧含量。

研究结果

催化剂表征
XRD证实NiO和CoO成功负载于γ-Al₂
O₃
载体，SEM显示金属氧化物均匀分散。30 wt.% NiO@γ-Al₂
O₃
表现出最高酸性位点密度，有利于裂解反应。

热解特性优化
30 wt.% NiO@γ-Al₂
O₃
使平均失重率（R_v
）达0.01952 wt.%/s，峰值失重率（R_m
）提升至0.05752 wt.%/s，热解时间（T_m
）缩短至1897秒，显著优于CoO催化剂。

产物分布调控
催化剂使液体产率降低4.40-10.37%，气体产率增加4.71-11.61%。10 wt.% CoO@γ-Al₂
O₃
和30 wt.% NiO@γ-Al₂
O₃
分别提升芳香烃37.96%和41.12%，归因于氢化、脱氧、环化及芳构化反应的协同促进。

脱氮脱氧效率
10 wt.% CoO@γ-Al₂
O₃
实现最高脱氮率（55.77%），30 wt.% NiO@γ-Al₂
O₃
则获得最佳脱氧效果（43.53%），有效解决CV热解油品质瓶颈。

结论与意义
该研究首次将NiO/CoO@γ-Al₂
O₃
应用于CV-WT微波共热解，阐明金属活性中心差异对碳沉积（CoO易失活）和酸性位点（NiO更稳定）的影响机制。通过“以废治废”策略，同步实现WT资源化和CV热解油升级，为生物质能高值化利用提供理论支撑和技术范式。