微波与液化石油气热源对比：HDPE与咖啡渣共热解制备液体燃料的特性研究

为解决塑料污染和能源危机问题，研究人员对比研究了微波(MW)与液化石油气(LPG)两种热源对高密度聚乙烯(HDPE)与咖啡渣(SCG)共热解的影响。结果表明，微波辅助在SCG:HDPE=1:3、750W条件下获得最高液体燃料产率(89.56%)，其热值达42.11 MJ/kg，烃类组分占比86.85%。该研究为废塑料与生物质协同转化高值燃料提供了高效技术路径。

　　

塑料污染与能源短缺是当今世界面临的双重挑战。高密度聚乙烯(HDPE)作为最常见的不可降解塑料，年产量超过3000万吨，而全球每年消耗的咖啡产生约1000万吨废弃咖啡渣(SCG)。传统填埋和焚烧处理方式不仅造成资源浪费，还会释放温室气体和有毒物质。与此同时，化石燃料的过度开采导致能源危机加剧。在此背景下，将废塑料与生物质通过热化学转化技术制备液体燃料，成为同时解决环境问题和能源需求的新思路。

来自印度尼西亚的研究团队在《South African Journal of Chemical Engineering》发表研究，系统比较了微波(MW)与液化石油气(LPG)两种热源对HDPE与SCG共热解的影响。研究人员通过控制SCG:HDPE混合比例(1:3、1:1、3:1)、反应温度(200-600°C)和微波功率(450-750W)，采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析产物组成，并测试了燃料密度、粘度、闪点和热值等关键指标。

3.1 产物分布
微波辅助共热解在750W功率、SCG:HDPE=1:3条件下获得最高液体燃料产率(89.56%)，显著高于LPG加热的78.44%。微波加热使反应时间从LPG的2-3小时缩短至7秒，且固体残渣产量降低至2.53%。

3.2 操作温度影响
500°C被确定为最佳反应温度，此时两种热源均达到峰值产率。温度超过600°C会导致二次裂解反应加剧，液体燃料产率下降。

3.3 微波功率影响
在SCG:HDPE=1:3条件下，750W功率实现最大产率；但当SCG比例增至3:1时，600W更为适宜，因生物炭微波吸收剂减少导致能量转化效率降低。

3.4 组分分布
GC-MS分析显示两种液体燃料均以C₉
-C₁₈
烃类为主(>86%)，其中C₁₀
组分占比最高。微波加热产物含更多烯烃和芳香烃，FTIR在3077.90 cm^-1
和1642 cm^-1
处检测到显著的不饱和键特征峰。

3.5 燃料特性
微波产物的热值(42.11 MJ/kg)接近柴油标准(45.80 MJ/kg)，闪点达40°C，动态粘度0.662cP，综合性能优于LPG产物。

该研究证实微波辅助共热解具有反应速度快、能量效率高、产物质量优的特点。通过HDPE与SCG的协同作用，不仅实现了废弃物资源化，还获得了可直接用于内燃机的高热值燃料。未来研究需进一步优化反应参数，开展全生命周期评价，推动该技术向工业化应用迈进。这一成果为发展"塑料-生物质"混合废物的闭环处理模式提供了重要科学依据。