杂交狼尾草与餐厨垃圾固态消化物共热解协同效应及产物调控机制研究

针对餐厨垃圾固态消化物(FWSD)热解效率低及产物品质差的问题，研究人员通过TG-FTIR-GC/MS联用技术系统探究了其与杂交狼尾草(HP)共热解的协同效应。研究发现FWSD可降低HP热解活化能(131-141 vs 215-216 kJ/mol)，显著提升生物油中高能烃类含量(氧氮化合物减少30%)，为废弃物资源化提供了新策略。

　　

论文解读
全球每年产生13亿吨餐厨垃圾，其厌氧消化后残留的固态消化物(FWSD)因含未降解有机物和潜在污染物，传统堆肥处置方式正面临严峻挑战。与此同时，中国长江平原广泛种植的杂交狼尾草(HP)作为高产能源作物(60-130吨/公顷)，其与FWSD的协同转化潜力尚未充分挖掘。广州能源研究所团队在《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》发表的研究，首次揭示了这两种废弃物共热解过程中的分子交互机制。

研究采用多尺度分析技术：通过四组升温速率(10-40°C/min)的热重分析(TGA)量化热解行为，运用分布式活化能模型(DAEM)和等转化率法(KAS/FWO)计算动力学参数，结合TG-FTIR-GC/MS联用系统实时监测挥发物演化。实验设计涵盖5种混合比例(HP:FWSD=1:0至0:1)，并创新性引入综合热解指数(CPI)评估反应活性。

热解行为与协同效应
DTG曲线显示FWSD掺杂使最大失重峰温降低28-35°C，CPI值随FWSD比例增加提升42%，证实其作为"热解促进剂"的作用。理论值与实验值的偏差分析发现，1:1混合时协同效应最强，抑制了二次裂解反应。

动力学与热力学特征
DAEM模型显示FWSD活化能(E_a)较HP低35%(141 vs 216 kJ/mol)，KAS/FWO方法验证该差异具有普适性。热力学参数ΔH(焓变)和ΔG(吉布斯自由能)计算证实反应非自发特性，但FWSD使能垒降低15-20 kJ/mol。

产物调控机制
TG-FTIR检测到关键官能团(O-H、C=O)强度变化，GC/MS定量分析表明：3:1混合时烃类产量提升22%，而醛类/酚类减少40%。特别值得注意的是，FWSD中的含氮化合物促进了HP的脱氧反应，使生物油热值提升约15%。

该研究不仅建立了HP-FWSD共热解的反应动力学数据库，更创新性地提出"废弃物互补热解"概念：FWSD弥补了HP热解温度窗口窄的缺陷，而HP的高纤维素含量有效中和了FWSD灰分的影响。广州能源研究所的发现为"无废城市"建设提供了关键技术支撑，其开发的CPI指数和DAEM-KAS联合分析方法已被证实可推广至其他有机固废协同处理系统。论文中关于含氮化合物促进脱氧的分子机制，为后续催化剂设计开辟了新思路。