飞灰催化共热解优化棕榈叶与聚丙烯协同转化制备高品质液体烃燃料研究

本研究针对化石燃料枯竭和碳排放问题，创新性地采用乙酸预处理棕榈叶(NFFs)与聚丙烯(PP)共热解，以飞灰为催化剂，在500°C下实现生物油产率76.59%，烃类含量达84.02%，热值40.93 MJ/kg。该工作为废弃生物质与塑料协同转化提供可规模化解决方案。

　　

随着全球能源危机加剧和碳排放持续攀升，传统化石燃料的不可持续性日益凸显。国际能源署数据显示，2023年能源相关CO₂排放量已达374亿吨，其中80%以上来自化石燃料。与此同时，热带沿海地区大量棕榈叶(Nypa fruticans fronds, NFFs)和废弃聚丙烯(PP)塑料的堆积，既造成资源浪费又加剧环境压力。如何将这些废弃物转化为高附加值能源产品，成为当前可再生能源领域的重要课题。

印尼廖内大学化学工程系的研究团队在《Bioresource Technology Reports》发表创新成果，通过乙酸预处理结合飞灰催化共热解技术，成功将NFFs和PP转化为高热值液体燃料。研究采用固定床反应器在500°C下进行热解，通过GC-MS分析生物油成分，并系统考察了乙酸浓度(0-1%)、原料配比(NFFs/PP 100:0-25:75)和飞灰负载量(0-15%)对产物分布的影响。

研究结果显示，0.25%乙酸预处理可有效去除碱金属和碱土金属(AAEMs)，使生物油产率提升至76.59%。当NFFs/PP为25:75时，PP的高H/C比(2.05)显著促进烃类形成。飞灰催化剂的SiO₂-Al₂O₃酸性位点进一步将烃类含量提升至84.02%，产物密度降至0.78 g/mL，粘度5.75 cSt，热值达40.93 MJ/kg，接近柴油品质。

3.1 飞灰催化剂特性
SEM和XRD表征显示飞灰含31.11%硅和14.72%铝，具有多孔结构(2.6 m²/g比表面积)，其石英和莫来石晶相促进裂解反应。

3.2 乙酸预处理影响
0.25%乙酸处理使NFFs灰分从12.59%降至8.98%，挥发分增加至68.22%，生物油产率较未处理组提高70%。

3.3 原料配比优化
PP添加量增至75%时，氢自由基使烃类含量达71.08%，同时将残渣率从37.3%降至9.5%。

3.4 催化剂负载量
5%飞灰负载实现最佳平衡，过高负载(15%)导致过度裂解，但使热值提升至40.93 MJ/kg。

3.5 生物油组分演变
GC-MS分析表明，最优条件下链烯烃(如3,7-二甲基-1-辛烯)占比24.05%，含氧物降至12.17%。

该研究开创性地将工业废料飞灰作为催化剂，结合生物质-塑料协同转化策略，不仅解决了废弃物处置难题，更生产出可直接应用的液体燃料。相比传统生物油，所得产物的热值提升104%，酸性(pH 5.05)和流动性显著改善。这种"以废治废"的模式为发展中国家沿海地区提供了可推广的分布式能源解决方案，同时为碳中和目标下的循环经济发展提供了新思路。未来研究可进一步探索飞灰催化剂的循环利用性和混合塑料的适用性，推动该技术向工业化应用迈进。