经过镍改性的多层MFI纳米片，用于玉米秸秆和聚乙烯的共热解，以制备富含碳氢化合物的产品

《Microprocessors and Microsystems》：Ni-modified multilayer MFI nanosheets for co-pyrolysis of corn stover and polyethylene to prepare hydrocarbon-rich products

玉米秸秆与聚乙烯共热解中多金属MFI纳米片（MMN）催化性能研究。通过调控3、6、10 wt%不同Ni负载量MMN，优化热解温度（200-600℃）及原料配比（3:2），Py-GC/MS分析显示MMN使含氧化合物（OCCs）含量降低43.75%（CPNC→CP2M），芳烃含量提升至30.08%，且Ni修饰有效抑制多环芳烃（PAHs）生成及催化剂失活。

　　本研究聚焦于通过金属改性的多层MFI纳米片（MMN）来提升生物质热解产物的质量，从而为生产富含碳氢化合物的燃料提供新的途径。随着全球对化石燃料的过度依赖，环境问题日益严重，因此寻找可持续的能源替代方案成为各国的共同目标。生物质作为一种可再生资源，具有巨大的潜力，可用于生产清洁燃料。近年来，热解技术因其在生物质转化方面的高效性和灵活性而受到广泛关注。热解可以在无氧或厌氧条件下将生物质分解为多种产物，其中包括生物油。然而，这些产物往往具有高酸性和高水分含量，限制了其在实际应用中的使用。因此，研究如何有效提升生物油的品质，使其更接近传统燃料油，成为当前能源研究的重要课题。

为了实现这一目标，研究团队设计并合成了一系列不同镍负载比例（3%、6%、10%）的MMN催化剂。这些催化剂被用于生物质与聚乙烯（PE）的共热解过程中，以优化产物分布。研究发现，当玉米秸秆（CS）与PE以3:2的比例混合时，其热解过程表现出显著的协同效应。这种协同效应不仅提升了生物油的产量，还有效降低了氧含化合物（OCCs）的相对含量，同时提高了芳香烃化合物（MAHs）的生成比例。通过Py-GC/MS分析，研究人员发现，在特定的热解条件下，MAHs的含量达到了30.08%，而OCCs的含量则比未添加MMN的样品降低了43.75%。这一结果表明，MMN在热解过程中具有良好的脱氧性能，能够显著改善生物油的品质。

进一步研究发现，MMN的脱氧能力随着镍负载比例的变化而增强。其中，镍负载比例较低的MMN（3%）在热解产物中表现出最低的OCCs相对含量（3.67%），而较高的镍负载比例（如10%）虽然提升了MAHs的生成比例，但也增加了多环芳烃（PAHs）的生成。PAHs作为一种高毒性且低价值的产物，不仅会导致催化剂失活，还可能引发焦炭沉积，影响热解过程的稳定性。因此，如何在提升MAHs生成的同时，有效抑制PAHs的生成，成为研究的重点。

为了解决这一问题，研究团队引入了镍物种，以调控MMN的酸性特性。镍是一种低成本且高效的金属，能够显著降低OCCs和PAHs的生成比例。通过催化剂表征技术，研究人员发现，镍的引入不仅能够改变催化剂的Br?nsted/Lewis（B/L）酸比，还能够提升其催化性能。这种改变使得MMN在热解过程中能够更有效地促进芳香烃的生成，同时抑制氧含化合物的形成。此外，MMN的层状结构为金属粒子的负载提供了良好的平台，使得金属改性的MMN在生物质热解过程中具有更高的催化效率。

为了进一步优化MMN的催化性能，研究团队采用了热重分析（TGA）来确定最佳的热解温度，并通过Py-GC/MS分析来研究不同镍负载比例对产物分布的影响。结果表明，随着镍负载比例的增加，MMN的脱氧能力显著增强，而PAHs的生成则受到有效抑制。这种调控机制使得MMN能够更有效地将生物质转化为富含碳氢化合物的燃料，同时减少其对环境的负面影响。此外，研究团队还发现，MMN的层状结构能够提高催化剂的比表面积和孔体积，从而提升其催化效率。

在实际应用中，MMN的催化性能得到了验证。通过与不同比例的玉米秸秆和聚乙烯共热解，研究人员发现，MMN能够显著提升生物油的产量，并降低其酸性和水分含量。这种提升不仅使得生物油更接近传统燃料油的品质，还为生物质的高效利用提供了新的思路。此外，MMN的催化性能在不同热解条件下表现出良好的稳定性，这表明其在实际工业应用中具有广阔前景。

为了进一步验证MMN的催化性能，研究团队还进行了多种表征分析，包括扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）。这些分析结果表明，MMN在高温下不会发生结构塌陷，且镍物种能够均匀分布在层状结构中，从而保持其催化性能。此外，氮气吸附-脱附曲线分析也显示，MMN的比表面积和孔体积显著优于未改性的催化剂，这为其在生物质热解中的应用提供了理论支持。

综上所述，本研究通过合成不同镍负载比例的MMN催化剂，成功提升了生物质热解产物的品质。这种提升不仅降低了氧含化合物的含量，还提高了芳香烃的生成比例，同时有效抑制了多环芳烃的生成。MMN的层状结构和镍的引入为催化剂的优化提供了新的方向，使其在生物质热解过程中表现出更高的催化效率和稳定性。未来的研究可以进一步探索MMN在不同生物质材料中的应用，以扩大其在清洁燃料生产中的适用范围。此外，MMN的催化性能还可以与其他催化剂相结合，以提升其在多种反应条件下的适应性。这些研究将为实现生物质的高效转化和清洁利用提供重要的理论和技术支持。