钼/铁促进镍/氧化铈与钙基吸附剂协同催化餐厨垃圾与聚丙烯共气化制富氢气体研究

针对城市固废管理难题及清洁能源需求，韩国研究人员创新性地开发了吸附强化共气化(SECG)系统，采用Mo/Fe-Ni/CeO2催化剂与CaO/煅烧白云石协同作用，实现餐厨垃圾(FW)与聚丙烯(PP)高效转化为H2含量达48.8 vol%的富氢气体，气体产率提升1.38倍，为废弃物资源化与碳中和能源供给提供新策略。

　　

随着全球城市化进程加速，城市固体废弃物(MSW)年产量已突破20亿吨，其中33%未能得到妥善处理。餐厨垃圾(FW)和塑料废弃物作为MSW主要组分，传统处理方式如填埋和焚烧不仅成本高昂，还会引发二次污染。虽然气化技术可将废弃物转化为清洁能源，但单一物料气化存在显著缺陷：塑料因长链聚合物难裂解易产生焦油，而生物质因高氧含量导致热值低下。更棘手的是，常规气化过程产生的CO₂会稀释H₂浓度，制约其能源化利用价值。

针对这一系列挑战，韩国国立研究团队在《Bioresource Technology》发表创新研究，首次构建"吸附强化共气化(SECG)"三阶段系统，通过钼/铁促进的镍/氧化铈(Mo/Fe-Ni/CeO₂)催化剂与钙基吸附剂协同作用，实现FW与聚丙烯(PP)高效共转化。研究证实该系统可使H₂产率提升38%，选择性增加48.8 vol%，更突破性地发现煅烧白云石经再生后性能完全恢复，为废弃物能源化提供了兼具经济性与可持续性的解决方案。

关键技术方法包括：1)采用N₂吸附-脱附测定催化剂比表面积和孔结构；2)通过H₂-TPR分析金属-载体相互作用；3)XPS表征催化剂表面氧空位浓度；4)固定床反应器评估FW/PP不同配比的气化效率；5)循环实验验证Ca基吸附剂再生性能。样本来源于首尔餐饮企业收集的FW及Sigma-Aldrich提供的PP颗粒(<500 μm)。

【Feedstocks】
FW与PP的协同效应超出理论预期，PP中85%碳含量与FW中45%氧含量形成互补，促进水煤气变换(WGS)反应，气体产率较单独气化提升27%。

【Nitrogen adsorption–desorption isotherms】
表征显示Mo-Ni/CeO₂具有最优金属分散度，Ni粒径减小至11.2 nm，氧空位(Ov)浓度比未改性催化剂提高2.3倍，这是其抗积碳性能提升的关键。

【Conclusion】
Mo促进剂通过增强Ni电子云密度，使催化剂在连续反应中保持90%初始活性；FW/PP比为3:1时H₂产率峰值达67.7 wt%；煅烧白云石因MgO存在使CO₂吸附容量较CaO提高41%。

该研究开创性地将SECG技术应用于混合废弃物处理，三重创新在于：1)利用CeO₂氧空位特性同步解决积碳与WGS反应促进问题；2)通过Mo-Fe双金属调控实现催化剂寿命突破；3)开发可循环Ca基吸附剂降低运营成本。这些发现不仅为"零碳"制氢提供新路径，更推动废弃物管理向"能源工厂"模式转型，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)第7项(清洁能源)和第12项(负责任消费)具有双重实践意义。