活性炭介导的微波辅助热解螺旋藻：产率动态与燃料特性研究及其能源转化效率评估

本综述系统探讨了以活性炭为微波吸收剂的螺旋藻微波辅助热解（MAP）技术，重点分析微波功率与暴露时间对生物油（bio-oil）和生物炭（biochar）产率及特性的影响。研究通过响应面优化获得最高生物油产率（14.42%±0.335%）及生物炭产率（49.39%±1.09%），并验证其热值（HHV达29.89 MJ/kg与23.92 MJ/kg）与燃料标准（EN 14214/ASTM D6751）的兼容性，为微藻能源化提供关键技术支撑。

　　

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Materials

实验采用源自台湾的螺旋藻（Spirulina platensis）粉末（通过在线零售平台采购）及本地采购的活性炭（菲律宾内湖省洛斯巴尼奥斯市）。丙酮试剂（ACSR级，99.8%纯度，EMSURE? ISO）购自奎松城Chemline Scientific公司。

Experimental setup and procedure

图1展示了本研究使用的微波热解装置，核心组件包括改装家用微波炉（Samsung ME711K）、50 mL石英沸腾反应器、冷凝系统与气体收集单元。螺旋藻粉末与活性炭按10:1质量比混合，在氮气氛围下进行热解实验，系统监测温度与产物收集时序。

Effects of microwave power and exposure time

微波功率与暴露时间对产物分布的影响如图3所示。最低MAP条件（450 W, 5 min）下获得最高生物炭产率（49.39%±1.09%），表明此时生物质热解不充分；而最高生物油产率（14.42%±0.335%）出现在600 W与10 min条件下，因高强度微波促进挥发性物质释放。气相产物占比随功率与时间增加而上升，最高达47.82%（600 W, 10 min）。统计学分析证实微波功率与时间存在显著交互作用（p<0.05），双因子方差分析表明二者对产物分布均具极显著影响（p<0.0001）。

Conclusion

螺旋藻微波辅助热解（MAP）研究证实，通过调控微波功率与暴露时间可定向优化产物分布。活性炭作为微波吸收剂有效提升了能量传递效率，但当前工艺条件下系统净能量收益为负值（能量消耗比>1）。生物炭展现出与次烟煤相近的能源特性（HHV=23.92 MJ/kg），生物油则富含多不饱和脂肪酸且符合国际燃料标准（碘值、十六烷值及运动粘度）。本研究为微藻高值化能源转化提供了理论依据与技术路径。