《Chinese Journal of Chemical Engineering》：Nitrogen transformation during the co-pyrolysis of food waste digestate and waste plywood: Synergistic interactions and mechanism
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•共热解提高了生物炭中的氮保留量。•600 °C下生物炭中的氮含量比计算值高22.3%。•酰胺氮和氨基氮转化为了稳定的杂环氮化合物。•在共热解过程中，600 °C时吡啶氮的含量达到36.66%。•共热解限制了氮向焦油中的迁移以及NH3/HCN的释放。引言近年来，全球食物浪费量持续
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共热解提高了生物炭中的氮保留量。
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600 °C下生物炭中的氮含量比计算值高22.3%。
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酰胺氮和氨基氮转化为了稳定的杂环氮化合物。
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在共热解过程中，600 °C时吡啶氮的含量达到36.66%。
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共热解限制了氮向焦油中的迁移以及NH3/HCN的释放。
引言
近年来，全球食物浪费量持续增加，每年约为16亿吨[1]。目前，厌氧消化是减少食物浪费量的主要技术手段，能够分解食物浪费中50–70%的有机物[2]。然而，厌氧消化后不可避免会产生大量食物浪费消化物，这类物质生物稳定性高，且富含有机物以及氮、磷等必需营养元素[3]。因此，如何高效清洁地回收利用食物浪费已成为研究重点。热解技术被视为将食物浪费转化为高价值多孔碳材料的核心途径之一[4]。Monlau[5]指出，将厌氧消化与热解结合的集成工艺具有出色的技术效率与环境合理性。但消化物中不稳定的含氮成分在高温下容易发生键断裂，从而以氨气、氢氰酸等含氮气体的形式大量挥发[6]。这不仅会降低热解炭的利用价值，还会带来氮氧化物排放和二次污染的严重风险。在热解过程中将氮保留在残渣中是一种很有前景的解决方案。
针对污泥等富氮基质的研究表明，原料中的氮主要以蛋白氮和吡啶氮的形式存在[7]。在中低温范围内，蛋白氮更容易发生裂解和脱氨反应，生成氨气。随着温度进一步升高，胺类中间体逐渐转化为腈类及其他含氮杂环结构，同时氢氰酸的生成量也会显著增加[8]。至于食物浪费本身，已有研究证实其可作为生产热解碳的原料。不过，当热解温度从400 °C升高到900 °C时，由食物浪费制成的生物炭中的总氮含量从1.41%降至0.14%，这说明在高温条件下保持氮含量仍然是一个重大挑战[9]。为提高热解炭的氮保留效率，传统研究主要采用外部氮掺杂策略，比如引入氨气等含氮气体[10]、[11]，用富氮化学试剂浸渍[12]、[13]，或添加无机盐来催化氮的保留[14]、[15]。但这些方法都存在一定的局限性。添加含氮气体或化学试剂会带来较高的运营成本[16]。此外，食物浪费中含有大量重金属[17]，再添加无机盐可能会使消化物衍生的热解炭中重金属进一步积累，从而限制其后续的资源化利用。因此，迫切需要开发一种新型、绿色且成本低廉的热解策略，既能有效保留氮，又能避免传统方法的弊端。
与互补生物质一起进行共热解为突破上述技术瓶颈提供了创新解决方案。现有研究表明，共热解是调控富氮有机固体废物中产物分布和元素迁移的重要手段。对于污泥消化物或污泥体系，木质纤维素生物质（如柳枝稷、木屑等）作为辅助原料，能与含氮基质产生显著的协同效应，改善液体产物中的能量分布，提升生物炭的稳定性、孔结构及养分保留能力[18]、[19]。关于氮的迁移问题，Bai等人[20]发现，污泥与松木屑共热解可显著抑制生物油中含氮化合物的形成，在550 °C时降幅可达71.89%。Wu等人[21]进一步指出，生物质共热解能够阻止氮向热解气相迁移，增加炭相中的氮含量。近期还有研究开始关注固体食物浪费与木质纤维素生物质的共热解行为，表明这一策略正逐渐从传统的污泥体系扩展到食物浪费等原料上[22]。
不过，现有文献中报道的辅助原料类型仍以木屑、秸秆、柳枝稷等天然木质纤维素生物质为主[19]、[22]、[23]。因此，不同结构特征的富碳木质纤维素废物在消化物共热解过程中的氮保留效果及对品质的提升作用仍有待进一步研究。废弃木基板材是一种典型的富碳固体废物，2022年全球产量超过3.7亿立方米[24]、[25]。从结构上看，这类板材主要由纤维素成分（约占质量的90%）和含氮粘合剂（如脲醛树脂，约占质量的10%）组成，因此氮含量相对较高[26]。目前，大部分废弃木基板材都是通过焚烧或热解来回收热量，这一过程容易产生氮氧化物，造成二次环境危害[27]。值得注意的是，废弃木基板材的物理化学性质使其有望成为高效固氮添加剂用于热解过程。Vercruysse等人[28]证实，添加葡萄糖基碳源能显著提高藻类生物炭的氮保留效率。Chen等人[29]在竹子与微藻共热解过程中观察到，微藻中的氮倾向于向炭相和气相迁移，同时炭相中的吡咯氮和季氮含量增加，而生物油中的含氮化合物则显著减少。在模型系统中，纤维素、木聚糖和木质素与脲醛树脂共热解也能促进稳定杂环氮结构的形成，其中木聚糖对炭相中氮的保留效果尤为显著[30]。因此，木基板材有望作为功能性辅助原料，用于在消化物共热解过程中实现氮的定向固定。
本研究选取食物浪费和一种典型的废弃木基板材——胶合板作为原料，旨在探究胶合板作为辅助原料对食物浪费热解过程中氮迁移、氮保留及氮形态的影响。研究重点关注氮在气相、液相和固相产物中的分布情况，以及最终得到的炭中氮的存在形式的变化。研究分别对单一原料和混合原料进行了热解实验，并通过将实验结果与各单独热解结果加权求和得出的理论值进行比较，评估了共热解过程中的相互作用效应。这些结果可为混合有机固体废物的定向调控和增值利用提供理论依据。
章节摘要
原材料
食物浪费样品来自一家大型厌氧消化厂，而胶合板则采集自华东理工大学。所有材料均在105 °C下干燥24小时以去除水分，随后进行研磨和筛分，使颗粒大小低于0.2毫米（75目）。选择这个颗粒尺寸是为了提高样品的均匀性，增强食物浪费与胶合板之间的接触。所有单一原料和混合原料均采用相同的颗粒尺寸范围，以确保
热解产物的分布
热解产物的形成和分布很大程度上取决于反应温度[34]。较高的温度会加速有机物的热裂解和挥发物的释放，导致温度越高固体产率越低[35]。在单独热解过程中，食物浪费的固体产率从62%下降到48%（见图S2），而胶合板的固体产率更低，在700 °C时仅为20.3%（见图S5）。相比之下，气体产率则
结论
本研究揭示了食物浪费与胶合板共热解过程中氮转化的协同作用机制。研究结果表明，共热解提高了炭中的氮保留量，600 °C下所得炭的氮含量比相应的理论加权值高22.3%。这一正向偏差主要是由于不稳定的酰胺氮和氨基氮更容易发生裂解，从而转化为更稳定的氮化合物
作者贡献说明
唐龙飞：撰写——审阅与编辑、方法学、定量分析、概念设计。牛行宇：撰写——初稿、可视化、实验研究、数据整理。陈雪丽：撰写——审阅与编辑、验证、方法学。潘伟桐：撰写——审阅与编辑、监督、定量分析。余光硕：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念设计。丁璐：撰写——审阅与编辑、验证、定量分析、数据
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知利益冲突或个人关系。
利益声明
? 作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划的支持（项目编号：2022YFC3902400）。
Xingyu Niu|Longfei Tang|Weitong Pan|Xueli Chen|Lu Ding|Guangsuo Yu
