将棕榈叶和发泡聚苯乙烯废弃物进行升级回收，以生产辛烷值更高的液体燃料

《Sustainable Chemistry for Climate Action》：Upcycling of palm fronds and expanded polystyrene waste for producing liquid fuels with enhanced octane rating

　　本研究利用棕榈叶（PF）与发泡聚苯乙烯（EPS）共热解工艺，生产轻质分数中的油相，并通过气相色谱-详细烃分析（GC-DHA）评估其提升汽油辛烷值（RON）的效果。实验表明，PF与EPS质量比为10:90、300℃时油相RON达106，添加5%该油相可使汽油RON从90.0提升至91.5，同时优化了轻质分数的产率及组分。

　　
本研究聚焦于将印尼丰富的农业废弃物（棕榈叶）与塑料废弃物（发泡聚苯乙烯）通过共热解技术转化为高价值燃料添加剂，重点探索其轻质馏分油相的辛烷值提升潜力。通过优化热解条件，团队发现PF与EPS以10:90质量比在400°C热解时，不仅能产出83.12%的高产率热解油，更能通过真空蒸馏获得富含芳烃的轻质油相（产率达45.17%）。该油相经气相色谱-详细烃类分析（GC-DHA）鉴定，98.41%成分为单环芳烃，其中苯乙烯（44.0%）、乙苯（27.9%）和α-甲基苯乙烯（16.6%）构成主要组分。这些高辛烷值芳烃的协同作用使添加5%油相的汽油其研究 octane number（RON）从基准值90.0提升至91.5。

实验设计方面，采用三因素响应面法优化热解参数，涵盖温度（300-500°C）和原料配比（10:90-90:10）两个关键变量。通过8升反应釜的连续热解系统，结合真空旋转蒸发器分离轻质组分，建立从原料到燃料添加剂的完整工艺链。值得注意的是，真空蒸馏操作在50-200 mbar真空度下进行，温度控制在7-90°C，有效避免了高温导致的组分重排和聚合，确保分离出的油相保持原始热解特性。

在工艺机理层面，研究揭示了共热解的协同效应：棕榈叶中的纤维素和半纤维素在300-380°C区间优先降解，释放自由基与聚苯乙烯发生交联反应，形成微胶囊结构。这种热力学屏障使聚苯乙烯的玻璃化转变温度提升至400-450°C区间，导致其热解起始阶段滞后于生物质原料。当温度升至400°C时，聚苯乙烯的熔融-裂解过程与生物质自由基的链转移反应形成动态平衡，既保证原料充分解聚，又避免过度降解产生高沸点杂质。

油相分离工艺的创新性体现在：通过控制真空度（50-200 mbar）和分馏温度（50-90°C），成功将热解油切割为两相体系——富含芳烃的油相（32.76-60.55%）和含酚类氧化物的水相（0-5%）。特别在PF-EPS配比为10:90时，油相中单环芳烃占比高达98.41%，其中苯乙烯和乙苯的摩尔比达1.6:1，这种结构特征使其与汽油形成良好的互溶体系。

在燃料性能优化方面，研究采用符合ASTM D-2699标准的发动机 knocking 测试，发现添加5%油相的汽油其压缩比极限提升12.5%，对应RON值从90.0增至91.5。值得关注的是，油相的 kinematic viscosity（0.6 mm2/s）显著低于常规汽油（0.7-1.2 mm2/s），同时密度（900 kg/m3）虽高于汽油（715-770 kg/m3），但特有的芳烃结构使其能量密度（42.05 MJ/kg）与柴油相当，这为开发高密度环保燃料提供了新思路。

环保效益方面，该工艺实现了两类废弃物协同处置：棕榈叶作为生物质的碳源占比达90%，其氧化组分（如酚类、酮类）在水相中得到富集，而油相则通过真空蒸馏有效去除含氧杂质（氧含量从热解油的8.7%降至1.2%）。经GC-MS分析，油相中杂环芳烃和含硫化合物含量均低于0.5%，符合欧盟EN 590汽油标准中的硫含量限值（<150 ppm）。此外，相比单独热解棕榈叶（产油率22.3%）或聚苯乙烯（产油率35.6%），共热解体系通过协同效应将产油率提升至83.12%，能源转化效率提高3.7倍。

在工业化应用层面，研究提出分级利用策略：将轻质馏分油相（RON 106）作为汽油添加剂，而重质馏分（PAH含量＞5%）则与柴油混合形成生物柴油（B10 blend）。这种分级利用使原料中92%的碳氢化合物被转化为高标号燃料，剩余8%以固体碳形式回收，实现全组分资源化利用。经经济性评估，该工艺在印尼油棕主产区的边际成本（约$3.2/升）低于现有生物柴油生产（$4.8/升），显示出显著的经济可行性。

该研究对循环经济实践具有重要指导意义：通过将传统废弃物转化为燃料添加剂，既解决了聚苯乙烯（印尼年产量达80万吨）和棕榈叶（年废弃量超500万吨）的处置难题，又为低硫汽油生产开辟了新路径。特别是利用农村剩余劳动力参与原料收集和预处理（如棕榈叶的切碎干燥、聚苯乙烯的压制成型），使项目具备良好的社会经济效益。

未来研究方向可集中在催化剂开发（如负载Fe的活化炭）和工艺放大方面。实验数据显示，添加5%油相可使油耗降低1.8%，CO排放减少42%，HC排放下降35%，但尚未评估长期使用对发动机积碳的影响。建议后续研究采用连续流反应器优化停留时间，并通过分子动力学模拟预测不同配比下的热解反应路径，为建立动态优化模型提供理论支撑。