糖类富集型入侵海藻生物质级联热化学增值平台构建：乙酰丙酸与合成气联产工艺可行性研究

本研究针对入侵海藻生物质处理难题，创新性地提出酸催化水解（acid-catalysed hydrolysis）与CO2辅助催化热解（catalytic pyrolysis）的级联工艺，实现乙酰丙酸（levulinic acid，10.5 wt%产率）与合成气（syngas）联产，创造1,120.4美元/吨净收益，为海洋有机废弃物可持续管理提供新范式。

　　

全球气候变暖正推动生态系统剧变，入侵海藻（如Sargassum sp.）爆发形成"金潮"或"褐潮"，不仅威胁海洋生态平衡，还释放氨气等有毒温室气体。传统物理清除手段面临生物质后续处理难题——自然降解会加剧污染，而现有酸催化水解技术虽能转化陆生生物质为乙酰丙酸（levulinic acid，LA），但对高盐高硫的海洋生物质适用性存疑。更棘手的是，酸水解后残留的硫富集生物质（>20 wt%硫）处理成为制约工艺可持续性的瓶颈。

针对这一系列挑战，韩国国立研究基金会（National Research Foundation of Korea）资助的研究团队在《Chemosphere》发表创新成果。研究人员设计出级联热化学增值平台：首先通过梯度浓度硫酸（0.8-1.8 M）水解Sargassum sp.生物质，最高获得10.5 wt% LA产率；随后采用镍掺杂催化剂对硫富集残渣进行CO₂辅助催化热解（100-700°C），显著提升合成气（H_{2>/CO）产量。关键技术包括傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征原料、外置式催化反应器设计，以及CO2气相反活策略。}

【Characterization of invasive seaweed biomass】
采集自韩国莞岛郡的Sargassum sp.经105°C干燥后，FT-IR检测显示其单糖含量显著高于陆生生物质，但混杂8.7 wt%海洋塑料污染物（聚苯乙烯/聚丙烯）。元素分析揭示原始生物质含硫量达4.3 wt%，经酸处理后骤增至21.6 wt%。

【Characteristics of collected invasive seaweed biomass】
热重分析表明，酸处理残渣在300-500°C出现显著失重峰，对应含硫化合物分解。镍催化剂在CO₂氛围下使热解气化效率提升37%，归因于CO₂参与Boudouard反应（CO₂ + C → 2CO）和蒸汽重整反应（CH_x + CO₂ → 2CO + H₂）。

【Conclusions】
该研究开创性地实现海洋入侵生物质全组分转化：1.8 M硫酸优化LA产率（较0.8 M提升38%），而CO₂-热解策略使残渣能量回收率达89%。经济评估显示，每吨处理成本较传统焚烧法降低62%，且避免二噁英排放。

这项工作的核心价值在于构建"污染治理-资源回收"双赢模式：LA作为平台化学品可合成生物燃料（如γ-戊内酯），而CO₂辅助热解不仅处置硫污染残渣，还将温室气体转化为有用合成气。特别值得注意的是，该工艺对高硫生物质的适应性突破了传统热解技术瓶颈，为其他含杂原子生物质（如富氮农业废弃物）处理提供新思路。研究团队Jee Young Kim等强调，该级联系统可模块化部署于沿海地区，实现入侵海藻"即收即处"，避免腐败导致的二次污染。