综述：废弃物转化为燃料：废硬壳坚果油和生物废弃物异质催化剂在生物柴油生产中的潜力

这篇综述深入探讨了利用废硬壳坚果油（如腰果壳、棕榈仁壳等）作为可持续生物柴油原料的潜力，并评估了生物废弃物（如蛋壳、动物骨骼）衍生的异质催化剂（如CaO）在酯交换反应（transesterification）中的应用。通过先进提取技术（如溶剂提取、酶法提取）、理论模拟优化生产流程，以及循环经济原则，研究证实了“废弃物到燃料”策略的可行性。文章强调，该技术不仅能减少温室气体排放（GHGs），还能解决废弃物管理难题，为清洁能源发展提供创新路径。

　　

摘要

全球对化石燃料的依赖导致严重的环境退化，亟需可持续替代能源。生物柴油（biodiesel）因其低排放和引擎兼容性成为焦点。本文聚焦废硬壳坚果油（如腰果壳油CNS）和生物废弃物催化剂（如蛋壳衍生的CaO），通过理论模拟和实验验证，提出了一种整合废弃物管理与能源生产的闭环方案。

1. 引言

化石燃料燃烧释放的颗粒物（PM₁₀
）、氮氧化物（NO_x
）等每年导致超500万人死亡。生物柴油通过酯交换反应（transesterification）生产，其核心挑战在于原料成本与催化剂效率。废硬壳坚果（如巴西坚果壳含55.76%木质素）和生物废弃物（如棕榈壳）因其高碳含量和低灰分成为理想选择。

2. 废硬壳坚果油的提取技术

2.1 溶剂提取法
正己烷（沸点70°C）是提取坚果油的高效溶剂，腰果壳油（CNS）提取率可达35%。甲醇因极性差异在24小时提取中表现最佳。
2.2 机械压榨法
液压压榨虽简单环保，但仅能提取60-65%的油，需后续脱胶处理。
2.3 酶法提取
纤维素酶（cellulases）和脂肪酶（lipases）可分解细胞壁释放油脂，但成本较高。
2.4 热机械提取
双螺杆挤出机在180-194°C下实现高效固液分离，适用于商业化生产。

3. 废硬壳坚果油作为生物柴油原料

3.1 巴西坚果壳油
其甲基酯转化率高达97%，闪点170.3°C，符合燃料标准。
3.2 腰果壳油（CNS）
含25-35%卡丹酚（cardanol），经转酯化后可直接用于重型发动机。
3.3 花生壳油
超声波辅助提取提升脂质产量，与柴油混合无需引擎改装。
3.5 棕榈仁壳油
热解油含高脂肪酸甘油酯，加氢处理后可转化为生物柴油。

4. 生物废弃物异质催化剂

4.1 硬壳废弃物催化剂
核桃壳灰在800°C再活化后可重复使用4次，FAME（脂肪酸甲酯）产率>98%。
4.2 负载/改性催化剂
棕榈壳负载纳米催化剂（表面积3368.60 m²
/g）在80°C下实现95%产率。

5. 理论模拟优化

分子动力学（MD）和量子化学计算（如DFT）揭示了甘油三酯（TG）与催化剂的相互作用机制。人工神经网络（ANN）模型预测，腰果壳油-氧化铝纳米颗粒混合燃料可提升制动热效率（BTE）并降低NO_x
排放。

6. 循环经济与挑战

全球每年10亿吨农业废弃物中，硬壳坚果壳占42%。其转化可减少填埋污染，但需解决催化剂失活（如KOH浸出）和原料变异性问题。未来需结合超临界流体（SCFs）和低共熔溶剂（DESs）优化提取工艺。

7. 未来展望

机器学习辅助的流程设计、多尺度模拟（从分子到宏观）及政策支持将推动该技术工业化。废弃物的“全组分利用”模式有望实现零碳排放目标。