TiO2负载金属催化剂对野芥生物质水热液化（HTL）的增效机制：生物油产率与组分调控研究

本文系统研究了TiO2负载Fe、Al及双金属Fe-Al催化剂在野芥(Sinapis arvensis)生物质水热液化(HTL)中的催化性能。通过XRD、XPS等表征手段证实，Al/TiO2通过酸催化脱水/脱羧促进轻质生物油生成，Fe/TiO2通过氧化还原辅助解聚形成重质油分，而Fe-Al/TiO2双功能催化剂显著提升脂肪烃产量。GC-MS分析显示催化体系可调控单芳烃/脂肪烃比例并降低含氧组分，元素分析证实催化生物油具有更高热值(HHV)。

　　

材料与方法

野芥（Sinapis arvensis）作为十字花科一年生植物，广泛分布于欧洲西南部、北非等温带地区。该生物质具有显著的半干旱环境适应能力，茎高100-120厘米，叶片结构含多核心特征。虽然其近缘种白芥种子以多种用途闻名...

反应温度对生物原油产率及液化的影响

研究通过275-325°C温度梯度实验，对比了TiO₂负载Fe、Al及Fe-Al催化剂与非催化体系对野芥HTL过程的影响。如图4所示，温度与催化剂类型共同决定了产物分布：Al/TiO₂在300°C时通过酸催化途径使轻质油产率提升37%，而Fe/TiO₂在325°C下通过氧化还原机制使重质组分增加29%。有趣的是，双金属Fe-Al/TiO₂在中间温度300°C展现出"双功能协同效应"，生物质转化率突破92%，同时生成具有柴油馏分特征的C₁₅-C₂₀直链烷烃。

结论

本研究证实TiO₂负载金属催化剂能显著优化野芥HTL过程。其中Fe-Al/TiO₂双功能催化剂表现最为亮眼——就像"分子剪刀"般精准剪断生物质中的C-O键，同时像"组装工人"将碎片重组成高价值烃类。该催化剂使生物油热值(HHV)提升至38.7 MJ/kg，氧含量降低42%，且具有优异的循环稳定性（5次使用后活性保持89%）。这些发现为开发低成本、高效率的生物质转化系统提供了重要理论依据。