煤基沸石/多孔碳复合材料催化松木热解油脱氧提质研究

为解决生物油高氧含量和化学稳定性差的问题，研究人员以煤气化细渣(CGFS)为原料，通过酸浸-碱熔水热法成功制备Na-P型沸石/多孔碳复合材料(GS-2/GCL-2)，用于松木热解油催化脱氧。结果表明，该催化剂在700℃下可使烃类含量提升至29%，显著降低酚类含量，为CGFS高值化利用和生物油提质提供了新策略。

　　

随着全球能源结构转型，生物质能作为可持续清洁能源备受关注。然而，生物质热解油因高氧含量（>40%）和复杂组分导致热值低、稳定性差，严重制约其商业化应用。传统沸石催化剂虽能有效脱氧，但高昂成本限制了推广。与此同时，煤气化细渣(CGFS)作为煤化工固体废弃物，富含SiO₂和Al₂O₃，却面临堆积污染难题。如何将CGFS变废为宝，同时实现生物油高效催化提质，成为能源与环境交叉领域的关键科学问题。

针对这一挑战，来自山东某高校的研究团队创新性地以CGFS为原料，通过HCl/H₂SO₄酸浸结合NaOH熔融-水热法，成功制备Na-P型沸石/多孔碳复合材料，并系统评价其对松木热解油的催化脱氧性能。相关成果发表在能源领域顶级期刊《Fuel》上。

研究采用工业分析(GB/T 212-2008)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附(BET)、扫描电镜(SEM-EDS)等技术表征材料特性，通过固定床反应器开展500-700℃催化热解实验，结合气相色谱-质谱(GC-MS)分析产物分布。

催化剂表征结果显示：2 mol/L H₂SO₄酸浸样品(GS-2)比表面积达158.94 m²/g，呈现0.5-2 μm的花簇状微球结构；而2 mol/L HCl处理的GCL-2则形成多面体菱形体，结晶度更高。酸浸有效去除Fe₂O₃、CaO等杂质，将Si/Al比从原料的3.4提升至4.1，促进Na-P沸石高纯度结晶。氮吸附测试证实材料以介孔为主（孔径2-50 nm），保留部分微孔（<2 nm），这种分级孔隙有利于大分子传质。

催化性能研究发现：在700℃、催化剂/生物质比2:1条件下，GS-2和GCL-2分别使液体产物中烃类含量提升至29%和25%，较无催化剂体系（4%）提高6倍以上，同时酚类含量降低19%。气体产物中H₂、CO、CH₄产量显著增加，归因于沸石酸性位点（Br?nsted酸和Lewis酸）促进的脱羧（R-COOH→RH+CO₂）和脱羰（R-CHO→RH+CO）反应。

机理分析表明：介孔结构加速大分子（如木质素衍生物）扩散至酸性位点，通过β键断裂生成烯烃中间体，进而经芳构化形成萘、菲等多环芳烃。Na⁺的引入降低反应活化能，而残留碳基质（含量44.17%）通过导热缓解局部过热，维持活性位稳定性。

该研究开创了CGFS"废渣→催化剂→生物油提质"的全链条利用路径，不仅解决了固废污染问题，更为生物油脱氧提供了成本低于传统沸石30%的新型催化剂。特别值得注意的是，相比未酸浸样品GNA，优化后的GS-2在烃类选择性和催化稳定性（波动<5%）方面表现突出，展现出工业化应用潜力。未来通过调控酸浸浓度与金属掺杂，有望进一步突破生物油烃类收率的技术瓶颈。