磷酸改性斜发沸石催化甘蔗渣热解产油性能研究及其生命周期评估

《Recycling》：Sustainable Bio-Oil Production from Sugarcane Bagasse: Modified Natural Clinoptilolite as a High-Performance, Low-Cost Alternative to ZSM-5 Zeolite

　　

摘要

在哥伦比亚，每年产生的甘蔗渣（SCB）量达到 10.86 百万吨，且该残余物的高位热值（HHV）约为 13.0 兆焦 kg^?1。本研究评估了使用硫酸改性（CLI-SA）、磷酸改性（CLI-PA）或氯化铵交换（CLI-AC）改性的天然斜发沸石（CLI）进行甘蔗渣催化热解，并以商用 ZSM-5 为基准。在 25 °C 下进行了 12 小时的温和 2 体积% H₂O₂ 处理，主要用于生物稳定化和温和的氧化清洗；未声称进行了定量脱木质素。热解在氮气（60 毫升 min^?1）氛围下，于 475 °C 进行 5 分钟，催化剂用量为 5 重量%。CLI-PA 实现了最高的生物油产率（65.1%）和估计高位热值（20.5 兆焦 kg^?1），而 ZSM-5 分别为 46.5% 和 16.8 兆焦 kg^?1，热解液约为 16.4 兆焦 kg^?1。经过半定量解释的目标 GC-MS/SIM 图谱显示，与热解的 7.287% 相比，CLI-PA 的甲苯归一化面积为 28.989%；然而，含氧化合物仍然相当可观。摇篮到大门的筛选生命周期评估（1 千克催化剂，OpenLCA/CML 基线）显示，在九个影响类别中，ZSM-5/CLI-PA 的比率在 6.00–6.50 之间（平均 6.19），而 ZSM-5 的估计催化剂相关成本高出 42.95 倍。这些发现表明，在测试条件下，CLI-PA 是一种有前景的低成本催化剂，而催化剂结构、酸性位分布、重复使用、气相产物和废水处理仍是进一步验证的重点。