酶解木质素与高密度聚乙烯共热解产物分布的协同效应及其调控机制研究

为解决工业木质素和废塑料资源化利用难题，研究人员开展了酶解木质素(EHL)与高密度聚乙烯(HDPE)共热解研究。通过热重分析和固定床实验，发现3:7质量比时协同效应显著，650°C条件下E:H=1:9时热值达38.78MJ/kg，揭示了芳香烃形成机制，为生物质与塑料协同转化提供了理论依据。

　　

随着全球每年产生7000万至1亿吨工业木质素和近4亿吨塑料废弃物，如何实现这些废弃物的高值化利用成为可持续发展的重要课题。木质素作为自然界最丰富的可再生芳香族化合物，其低氢碳比（H/C=0-0.3）导致热解油品质较差；而高密度聚乙烯（HDPE）等塑料废弃物具有高氢碳比（H/C=1～2），却面临仅9%回收率的困境。传统单独热解存在产物品质低、资源浪费等问题，亟需开发协同转化新技术。

中国国家自然科学基金和辽宁省人才计划资助的研究团队在《Journal of the Energy Institute》发表重要成果，系统研究了酶解木质素(EHL)与HDPE的共热解特性。研究采用热重分析(TGA)、固定床反应器等技术，结合气相色谱-质谱联用(GC-MS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段，分析了不同温度(450-650°C)和原料配比(EHL:HDPE=9:1至1:9)下的三相产物分布规律。

【热重特性分析】
热重实验显示EHL与HDPE质量比为3:7时出现显著相互作用，最大失重速率温度区间扩大至300-500°C，表明协同效应改变了热解路径。

【产物分布规律】
温度升高促进气相产物生成（650°C时达46.12wt%），HDPE比例增加显著降低焦炭产率（E:H=1:9时仅8.97%）。高温和HDPE添加共同促进脱氧反应，使CO和CO₂相对含量降低。

【生物油特性】
E:H=1:9在650°C时获得最高热值(38.78MJ/kg)，芳香烃含量在E:H=1:1时达峰值26.74%。研究发现协同效应具有双重性：低温促进酚类生成，高温促进单环芳烃形成。

【热解炭结构】
随着HDPE添加，炭产物比表面积增大但芳香化程度降低，XRD显示其石墨化程度下降，FTIR证实含氧官能团减少。

【结论与意义】
该研究首次系统阐明了EHL-HDPE共热解过程中温度-配比-产物特性的构效关系，提出了芳香烃形成的自由基协同机制。通过优化参数（650°C、E:H=1:1），实现了26.74%芳香烃产率，为工业木质素和废塑料协同转化提供了关键技术参数。研究成果不仅推动生物质与塑料废弃物的协同资源化，更对实现碳中性目标具有重要实践价值，相关技术已申请中国发明专利。