综述：油页岩催化热解技术现状研究

本文系统综述了油页岩（oil shale）催化热解技术的最新进展，重点探讨了天然矿物（如黏土、黄铁矿）、过渡金属（Ni/Co/Mo）和分子筛（zeolite）等催化剂在降低干酪根（kerogen）热解活化能、提升页岩油（shale oil）品质中的作用机制，并展望了亚/超临界水（sub/supercritical water）和生物质（biomass）催化介质的应用前景，为页岩资源高效开发提供理论支撑。

　　

热解机制

油页岩热解本质是干酪根在无氧条件下的阶梯式裂解过程。第一阶段（室温至350°C）以脱水和矿物分解（如NaHCO₃）为主；第二阶段（350-500°C）发生干酪根主链断裂，生成沥青质和轻质烃；第三阶段（>500°C）则伴随二次裂解和缩合反应。值得注意的是，黄铁矿（FeS₂）等天然矿物可通过释放活性硫自由基促进C-C键断裂，使表观活化能降低15%-20%。

矿物催化剂的"双刃剑"效应

黏土矿物（如蒙脱石）的Br?nsted酸位点可催化芳构化反应，但过量存在会包裹有机质阻碍传热；碳酸盐矿物（如方解石）在分解时释放CO₂形成微氧化环境，意外提升烯烃选择性。最新研究发现，含铁矿物与有机硫协同作用可形成Fe-S活性中心，使吉林桦甸页岩的油收率提升8.3%。

过渡金属的"魔术手"特性

Ni基催化剂通过d轨道电子转移实现氢原子穿梭，将重质组分转化为C₇-C₁₅烷烃；而MoO₃在还原气氛中生成的Mo⁴⁺可选择性断裂含氧杂环。美国绿河页岩实验显示，0.5wt% Ni/Al₂O₃使汽油馏分（C₅-C₁₁）占比提高至62%。

分子筛的"智能筛分"优势

ZSM-5的十元环孔道（0.55nm）可截留多环芳烃促进二次裂解，其强酸位点使辽宁抚顺页岩的烯烃/烷烃比从1.8降至0.7。而Y型分子筛的超大孔（0.74nm）更适合处理含支链沥青质，但需警惕积碳导致的孔道堵塞。

超临界水的"绿色溶剂"革命

在374°C/22.1MPa条件下，超临界水（SCW）的介电常数骤降，可溶解有机质并产生活性氢自由基。大庆页岩在SCW中反应时，杂原子脱除率高达90%，且无需额外催化剂。

生物质共热解的"碳平衡"妙用

玉米秸秆与油页岩共热解时，其纤维素热解产生的•OH自由基可抑制结焦，使油品中氧含量降低40%。这种"以废治废"策略使全过程碳减排达28%。

未来挑战与突破点

开发核壳结构催化剂（如Fe₃O₄@ZSM-5）实现酸-金属位点协同；探索等离子体辅助催化等非热活化方式；建立多尺度反应动力学模型指导工艺优化。正如研究者所言："催化剂不仅要会‘剪裁’分子，更要懂得‘缝制’理想产物"。