油泥在許多國(guó)家被歸類為危險(xiǎn)廢棄物，由于其成分包含高濃度的有毒石油烴、氮、硫、氯和重金屬，處置不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。盡管其具有有毒和致癌性，但油泥中豐富的石油烴使其成為能源回收的寶貴資源。催化熱解因化學(xué)品消耗較少、能源回收率高以及較低的次生環(huán)境污染而日益收到認(rèn)可，被廣泛認(rèn)為是一項(xiàng)高效的油泥無(wú)害化資源換技術(shù)。盡管金屬及分子篩催化劑效果好，催化效率高，但催化劑表面焦炭的積累可能導(dǎo)致催化劑的失活和資源浪費(fèi)，這凸顯了對(duì)更易獲得和廉價(jià)的替代催化劑的需求。因此該研究聚焦于用固體廢物替代金屬氧化物催化劑以減少資源消耗。

該團(tuán)隊(duì)之前的研究發(fā)現(xiàn)利用垃圾焚燒飛灰與油泥進(jìn)行共熱解可以有效降低重金屬浸出，有助于固定CO2，并實(shí)現(xiàn)高效的熱解油氣回收。因此本研究探索了垃圾焚燒飛灰中各成分在與油泥進(jìn)行共熱解過程中的起到的催化效果，及其對(duì)總的催化作用的貢獻(xiàn)，以此全面分析催化熱解機(jī)理。該工作解釋了垃圾焚燒飛灰的添加對(duì)于油泥中固有的含鐵物質(zhì)在共熱解過程中的轉(zhuǎn)化機(jī)理。這項(xiàng)工作擴(kuò)大了利用熱解對(duì)多種廢物進(jìn)行利用的可能性，并為協(xié)同處理固體廢物提供了見解。

研究發(fā)現(xiàn)，由于IFA各組分占比不同，其對(duì)共熱解過程的總體催化效果的貢獻(xiàn)也有差異。Ca(OH)2作為IFA中的主要組分，在提高H2選擇性和促進(jìn)輕質(zhì)芳烴的形成方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，并且其催化效果隨著添加濃度的增加而進(jìn)一步增強(qiáng)。相比之下，即使在低濃度，KCl對(duì)促進(jìn)C1-C3烴的形成和提高熱解油的質(zhì)量也表現(xiàn)出重要的作用。此外，我們的研究表明，IFA中各組分促進(jìn)了OS的固有鐵基化合物在熱解殘?jiān)砻嫔系木鶆蚍植?，從而促進(jìn)了OS的原位催化熱解。此外，添加Ca(OH)2和CaO的熱解殘?jiān)写嬖诮饘賳钨|(zhì)Fe，這表明增加的H2產(chǎn)量可能會(huì)促進(jìn)其還原反應(yīng)。綜合考慮，累積的催化效應(yīng)導(dǎo)致熱解氣體質(zhì)量提高并減少焦炭形成。 然而，值得注意的是，這些組分的相互作用并沒有對(duì)高添加比例下所得熱解油表現(xiàn)出直接的累積影響。盡管程度有限，多種添加劑組分的協(xié)同效應(yīng)可能會(huì)抑制焦炭從固相向液態(tài)和氣態(tài)的轉(zhuǎn)化。

除了含油污泥外，IFA還有望利用其催化作用，作為熱解其他富含有機(jī)物的廢料的催化劑。此外，我們的研究強(qiáng)調(diào)了堿金屬鹽和含鈣礦物質(zhì)在形成熱解產(chǎn)物形成中的選擇性作用，從而擴(kuò)大了利用含有這些成分的廢物的潛力。

研究結(jié)果以Role of municipal solid waste incineration fly ash components in co-pyrolysis of oily sludge: Pyrolysis products and catalytic mechanism為題目發(fā)表在Journal of Hazardous Materials 期刊上。博士生余迪為第一作者，汪印研究員為通訊作者。該研究得到了福建省重大專項(xiàng)（2023YZ038009），國(guó)際科學(xué)組織聯(lián)盟（ANSO-CR-KP-2021-08），中國(guó)科學(xué)院福建省STS計(jì)劃支持項(xiàng)目（2020T3036,2021T3102,2021T3073,2021T3049,2022T3065）和福建省社會(huì)發(fā)展主導(dǎo)重點(diǎn)項(xiàng)目（2023Y0074,2022Y0080,2021Y0069）等的支持。

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圖1?油泥與垃圾焚燒飛灰協(xié)同熱解機(jī)理研究

圖2 油泥與垃圾焚燒飛灰共熱解機(jī)制以及每種IFA組分起到的作用