发布时间：2024-05-06来源：汪印研究组
油泥在许多国家被归类为危险废弃物，由于其成分包含高浓度的有毒石油烃、氮、硫、氯和重金属，处置不当会导致严重的环境污染。尽管其具有有毒和致癌性，但油泥中丰富的石油烃使其成为能源回收的宝贵资源。催化热解因化学品消耗较少、能源回收率高以及较低的次生环境污染而日益收到认可，被广泛认为是一项高效的油泥无害化资源换技术。尽管金属及分子筛催化剂效果好，催化效率高，但催化剂表面焦炭的积累可能导致催化剂的失活和资源浪费，这凸显了对更易获得和廉价的替代催化剂的需求。因此该研究聚焦于用固体废物替代金属氧化物催化剂以减少资源消耗。
该团队之前的研究发现利用垃圾焚烧飞灰与油泥进行共热解可以有效降低重金属浸出，有助于固定CO2，并实现高效的热解油气回收。因此本研究探索了垃圾焚烧飞灰中各成分在与油泥进行共热解过程中的起到的催化效果，及其对总的催化作用的贡献，以此全面分析催化热解机理。该工作解释了垃圾焚烧飞灰的添加对于油泥中固有的含铁物质在共热解过程中的转化机理。这项工作扩大了利用热解对多种废物进行利用的可能性，并为协同处理固体废物提供了见解。
研究发现，由于IFA各组分占比不同，其对共热解过程的总体催化效果的贡献也有差异。Ca(OH)2作为IFA中的主要组分，在提高H2选择性和促进轻质芳烃的形成方面发挥着至关重要的作用，并且其催化效果随着添加浓度的增加而进一步增强。相比之下，即使在低浓度，KCl对促进C1-C3烃的形成和提高热解油的质量也表现出重要的作用。此外，我们的研究表明，IFA中各组分促进了OS的固有铁基化合物在热解残渣表面上的均匀分布，从而促进了OS的原位催化热解。此外，添加Ca(OH)2和CaO的热解残渣中存在金属单质Fe，这表明增加的H2产量可能会促进其还原反应。综合考虑，累积的催化效应导致热解气体质量提高并减少焦炭形成。 然而，值得注意的是，这些组分的相互作用并没有对高添加比例下所得热解油表现出直接的累积影响。尽管程度有限，多种添加剂组分的协同效应可能会抑制焦炭从固相向液态和气态的转化。
除了含油污泥外，IFA还有望利用其催化作用，作为热解其他富含有机物的废料的催化剂。此外，我们的研究强调了碱金属盐和含钙矿物质在形成热解产物形成中的选择性作用，从而扩大了利用含有这些成分的废物的潜力。
研究结果以Role of municipal solid waste incineration fly ash components in co-pyrolysis of oily sludge: Pyrolysis products and catalytic mechanism为题目发表在Journal of Hazardous Materials 期刊上。博士生余迪为第一作者，汪印研究员为通讯作者。该研究得到了福建省重大专项（2023YZ038009），国际科学组织联盟（ANSO-CR-KP-2021-08），中国科学院福建省STS计划支持项目（2020T3036, 2021T3102, 2021T3073, 2021T3049, 2022T3065）和福建省社会发展主导重点项目（2023Y0074, 2022Y0080, 2021Y0069）等的支持。
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图1?油泥与垃圾焚烧飞灰协同热解机理研究
图2 油泥与垃圾焚烧飞灰共热解机制以及每种IFA组分起到的作用
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