废轮胎热解炭黑负载镍催化剂促进聚丙烯催化热解高效制氢富合成气研究

针对废塑料污染与资源化难题，研究人员开发了Ni/纯化炭黑新型催化剂，通过聚丙烯(PP)水蒸气催化热解实现高效制氢。结果表明：15% Ni负载量下H2产率达54.85 mmol/gPP，H2+CO占比60.23%，为废塑料与废轮胎协同高值化利用提供创新方案。

　　

随着全球塑料年产量突破3.76亿吨，传统填埋处理方式导致79%的废塑料长期滞留环境。聚丙烯(PP)作为难降解塑料代表，其热解过程常面临气体产率低(<20 wt%)、氢选择性差等问题。与此同时，废轮胎热解产生的炭黑因表面特性优异却利用率不足。如何通过催化剂设计同步解决两类废弃物处置难题，成为环境与能源领域的研究热点。

中国科学院团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的研究中，创新性地将废轮胎热解炭黑纯化后作为载体，通过浸渍法负载金属镍制备Ni/纯化炭黑催化剂。采用X射线衍射(XRD)、比表面积分析(BET)、透射电镜(TEM)等表征手段，系统研究了5-20%不同镍负载量对PP水蒸气催化热解的影响。在水注入速率6 mL/h的优化条件下，发现镍以单质态存在且负载量提升可增大催化剂比表面积。

材料与方法
研究选用PP颗粒为原料，通过废轮胎单段热解炉制备炭黑载体，经硝酸纯化后采用浸渍法负载硝酸镍，煅烧还原制得系列催化剂。采用固定床反应器进行PP催化热解，气相产物经气相色谱分析，结合XRD、SEM-EDS、BET等技术分析催化剂结构演变。

氢富合成气测试
当镍负载量达15%、催化剂用量1.2 g时取得最佳效果：气体总产率114.15 mmol/g，其中H₂产率54.85 mmol/g_PP，浓度48.05%。H₂与CO合计占比60.23%，显著高于无催化剂体系的20 wt%基准值。表征证实镍物种促进C-C键断裂，炭黑载体孔隙结构有效缓解积碳失活。

结论与意义
该研究首次实现废轮胎炭黑载体与废塑料热解的协同增值：镍负载量增加使催化剂比表面积从98.6增至215.4 m²/g，金属-载体相互作用增强反应活性。相比传统Ni/Al₂O₃催化剂，新型炭黑基催化剂在循环实验中保持82%初始活性，且制备成本降低40%。这一"以废治废"策略为《"十四五"循环经济发展规划》提供技术支撑，同时为氢能产业链的廉价H₂来源开辟新途径。

研究团队特别指出，该技术中水蒸气的引入实现双重功能：既作为气化介质提升H₂产率，又通过水煤气变换反应(WGS)消耗积碳。未来通过反应器放大和催化剂寿命验证，有望建成日处理10吨级废塑料的示范装置，推动"双碳"目标下固体废弃物的能源化利用进程。