工业氧化铝-二氧化硅废料催化不可回收聚丙烯与生物质共水热液化制高品质生物原油

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：Valorization of non-recyclable polypropylene manufacturing waste via catalytic co-hydrothermal liquefaction with biomass using industrial alumina–silica waste as a heterogeneous catalyst

　　

摘要

背景

不可回收的聚丙烯（PP）制造废料与木质纤维素/藻类生物质残留物是两种被低估价值的废弃物流，通常通过填埋或焚烧处理。本研究在亚临界水条件下（350 °C），研究了锯末、稻草和小球藻与非回收性PP制造废料的共热化学液化（co-HTL），并采用从液氮加工中回收的工业氧化铝–二氧化硅废料作为低成本异相催化剂。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和N?物理吸附对催化剂进行表征。评估了产物分布、元素组成、高位发热量（HHV）、Van Krevelen分析和FTIR光谱，以确定催化剂添加对产品品质的影响。此外，还进行了筛选级环境评估，比较废料衍生催化剂的估算隐含碳足迹与文献报道的合成及生物衍生沸石催化剂的数值。

结果

催化剂的添加使小球藻–PP混合物的最大生物原油产率提高至47.2 wt.%，同时将固体残渣从46.7 wt.%降至37.3 wt.%。该催化剂为介孔结构，BET表面积为226.6 m2 g?1，平均孔径为5.3 nm。与PP的共处理显著改善了燃料特性，最高HHV达到32.95 MJ kg?1，O/C原子比从0.43降至0.19，表明脱氧程度提高、能量密度增加。FTIR和Van Krevelen分析结果一致显示，催化处理后烃类生成增加、含氧官能团减少。所观察到的改善被归因于催化剂辅助聚丙烯裂解以及共液化过程中PP衍生烃与生物质衍生中间体之间相互作用的增强。废料衍生催化剂的估算隐含碳足迹约为0.13 kg CO?-eq kg?1，远低于文献报道的传统合成及生物衍生沸石催化剂的数值。

结论

这些结果表明，工业氧化铝–二氧化硅废料可作为有效的低成本异相催化剂，在共热化学液化过程中用于升级生物原油，同时实现两种问题工业废料流的增值利用。在放大生产前，需进一步研究催化剂稳定性、水相组成、催化剂长期可重复使用性以及全面的生命周期和技术经济评估。