随着人类社会的发展和持续经济增长，能源安全和环境污染已成为重要的全球性问题 [1], [2], [3]。开发和利用可再生能源和清洁能源对于解决能源短缺和实现可持续发展是必要的 [4], [5]。作为唯一含碳的可再生能源来源，生物质因其丰富、低成本和环境友好而引起了广泛关注并被大量研究 [6], [7]。生物质通过光合作用吸收光能，同化二氧化碳（CO2）和水以合成富含能量的有机化合物 [8], [9], [10]。因此，其巨大的能源潜力和碳属性使其成为替代化石燃料和实现碳中和的理想能源。然而，在实现生物质能源的商业和工业应用之前，需要解决生物质材料供应季节性、能量密度低和运输成本高的问题 [9], [11]。
除了生物质，城市固体废物中的塑料也因其高能量密度和低含氧量而成为能源转化的关注材料 [12], [13], [14]。预计到 2050 年，全球塑料废物总量将达到 120 亿吨，对人类环境构成严峻挑战 [15], [16]。然而，大多数废塑料是通过简单粗暴的方式进行处理的，例如填埋或焚烧 [17]。填埋废物不仅污染地下水、破坏生态系统、威胁人类健康，而且不易降解，且由于堆放空间限制，新填埋场不断被占用，这一切都是不可持续的发展。虽然焚烧在一定程度上可以永久分解废塑料并提供发电的热能 [18], [19]，但在过程中形成的有毒污染物（例如二噁英、多环芳烃和多氯联苯）对人类健康构成重大风险，是癌症和神经系统并发症的致因 [20], [21], [22]。此外，焚烧需要烟气净化技术，其高昂的成本限制了其广泛应用。因此，迫切需要寻找新的技术方案以实现废塑料的高值化利用 [23], [24], [25]。
热解是一个在高温下将固体碳质进料转化为气体燃料、焦油和生物炭的过程。它是解决能源需求和实现废物管理的有效手段 [26], [27]。气体燃料（也称为热解气或合成气），如一氧化碳（CO）、氢（H2）和甲烷（CH4），可用于燃气发动机、炉窑加热、费托合成和商业化学合成 [22], [28]。虽然生物质的热解已被广泛研究并取得了显著进展，但塑料的热解仅最近才引起关注。纯塑料的热解容易熔融和结焦，导致管道堵塞并影响产气效率 [29], [30]。生物质 - 塑料混合物的共热解是一个有趣的选择 [31], [32]。一方面，塑料含有高氢/碳（H/C）比和低氧/碳（O/C）比，这将提高生物质热解产品的质量。另一方面，在塑料热解中添加生物质将有助于减少单独焚烧塑料造成的污染和结焦。Mishra 等人 [33] 在双段固定床反应器中研究了生物质和塑料在不同重整温度下对合成气的影响，证明 CO 和 CO2 的产量随着温度升高而增加。Wang 等人 [34] 研究了松木和高密度聚乙烯不同质量比组合对合成气产量的影响，发现随着 PE 混合比例的增加，H2 浓度从 0% PE 时的 49.9% 上升到 100% PE 时的 55.3%，同时 CO 和 CH4 浓度也呈上升趋势。
为了进一步提高合成气的产量和质量，在生物质 - 塑料共热解过程中添加催化剂至关重要 [35], [36], [37]。各种催化剂，包括镍基和铁基分子、白云石、橄榄石、分子筛和生物炭，已被证明可以增加热解过程中的合成气产量 [11], [38]。生物炭作为热解或气化的固体产物，富含碱金属和碱土金属元素（AAEMs），它们是热解反应的良好促进剂 [39]。此外，使用磺化生物炭可以引入磺酸基（–SO3H），促进气体产物的二次裂解，并形成更多的自由基片段，这些都有利于合成气的生成 [40]。然而，使用浓硫酸对生物炭进行磺化会产生大量废酸。事实上，工业生产过程不断产生许多难以处理的废硫酸。例如，烷基化硫酸是浓硫酸中烯烃和异丁烷烷基化生产高辛烷值汽油产生的主要废物 [41]。2019 年，中国对烷基化汽油的需求量为 2000 万吨，烷基化废硫酸的产量达到 100 万吨。烷基化废硫酸通常在工业工厂中使用高温焚烧过程进行处理，这既昂贵又污染严重 [42]。因此，回收这种废酸用于生物炭磺化是绿色、经济、可持续生产碳基材料的可行策略。然而，目前大多数酸改性生物炭采用纯硫酸，而很少有研究使用烷基化废硫酸作为共热解催化剂。本工作使用废烷基硫酸制备生物炭催化剂，削减废酸处理成本和新鲜酸消耗，实现双废物资源化以提高合成气产量。
在本研究中，研究了使用烷基化废硫酸活化的生物炭作为催化剂重整热解产生的挥发分的可行性。确定并比较了进料比、催化剂类型和重整温度对合成气产量和组成的影响。该实验重点在于在催化床中升级废塑料 - 生物质共热解的挥发性产物，以提高合成气产量并改善其组成。本研究的结果为废塑料和生物质的热化学转化提供了实用的见解。
