利用电镀含锌废水水热降解生物质联产氢气的技术与重金属固定化研究

本综述创新性地探讨了超临界水气化（SCWG）技术协同处理花椰菜秸秆与电镀重金属废水的过程，通过优化反应条件（600℃/50min）实现最高31.7 mol/kg总气体产率和26.2 mol/kg氢气产率，并借助MP-AES、XPS等分析手段证实重金属被原位固定化为纳米金属碳复合材料（NMCCs），为有机废弃物资源化与重金属污染治理提供颠覆性解决方案。

　　

Highlight

超临界水气化（SCWG）作为一种新兴技术，可直接将高湿度有机废弃物转化为富氢燃料气，同时实现废水中重金属的回收。本研究使用印度广泛存在的花椰菜秸秆（Cauliflower stalk）与电镀行业重金属废水协同产氢，重点揭示了停留时间对气-液-固三相产物分布的影响规律。在600℃和50分钟停留时间条件下，获得最高总气体产率（TGY）31.7 mol/kg和最大氢气产率26.2 mol/kg。通过总有机碳（TOC）和微波等离子体原子发射光谱（MP-AES）分析处理后的液体，测定有机碳与金属浓度。FE-SEM、XRD和XPS分析证实了重金属在超临界水气化过程中被固定化，形成纳米金属碳复合材料（NMCCs）。在600℃、60分钟停留时间下获得最大比表面积（73.43 m²/g）和孔容积（0.12 cc/g）。

Materials

花椰菜秸秆采集自印度理工学院罗尔基校区食堂，经自来水清洗去除杂质后破碎至1mm以下以消除传质影响。电镀含锌废水取自当地电镀企业，其重金属浓度通过MP-AES测定（详见表S1）。

Characteristics of feedstocks

生物质热化学转化中，原料的工业分析（挥发分、固定碳、灰分）与元素分析（C、H、N、O、S）是关键筛选指标。花椰菜秸秆表现出高挥发分（66%）和低灰分（13.7%）的特性，使其成为超临界水气化的理想候选材料。

Conclusions

本研究成功验证了在400-600℃、最长60分钟停留时间、1:10固液比条件下，SCWG技术协同处理花椰菜残余物与电镀废水的可行性。在600℃和50分钟反应时间的最佳条件下，总气体产率提升至31.7 mol/kg，氢气产率从4.5 mol/kg显著增加至26.2 mol/kg。高温下CO的消失证实了水气变换反应（WGS）对氢气增产的贡献。重金属固定化效率超过99%，形成的纳米金属碳复合材料展现出有序石墨化结构与高比表面积，为环境修复与能源生产提供了创新策略。