镍基水热炭催化市政污泥水热液化制备生物原油的特性研究

　　为解决市政污泥处理难题及提升生物原油产率，研究人员采用NiO/水热炭(HC)催化剂系统探究污泥水热液化(HTL)过程。通过调控温度(250-370°C)、时间(20-60min)及催化剂负载量(5-15wt.%)，获得最高生物原油产率17.93wt.%（350°C/60min/5wt.%）和最优品质（HHV=39.40MJ·kg-1 ，ER=50.91%）。该研究为污泥资源化提供了高效稳定的催化剂方案。

　　

随着全球城市化进程加速，市政污泥年产量已突破7亿吨，中国2030年预计达10亿吨，传统填埋和焚烧处理面临严峻环境压力。水热液化(HTL)技术能在亚临界水环境中将污泥转化为生物原油，实现"减量化、稳定化、无害化、资源化"目标。但现有技术存在催化剂成本高、活性位点不足等问题，尤其生物原油产率和品质难以兼顾。西安某污水处理厂的污泥样本显示，其有机质含量仅39.10%，亟需开发高效催化剂提升转化效率。

陕西某研究团队在《Journal of the Energy Institute》发表研究，创新性地利用HTL固相产物煅烧制成水热炭(HC)载体，负载NiO制备新型催化剂。通过SEM和BET表征发现，HC载体具有纤维状粗糙多孔结构，比表面积达89.46m²
·g^-1
，NiO颗粒呈均匀聚集分布。采用三因素三水平实验设计（温度300-350°C、时间20-60min、催化剂5-15wt.%），结合GC-MS、FTIR等技术分析产物组成。

【SEM表征】
电镜显示催化剂表面形成定向生长的纤维结构，孔径粗糙度增加使活性位点暴露更充分。能谱证实Ni元素均匀分布，聚集态颗粒直径约200nm，这种形貌有利于反应物接触和氢活化。

【工艺参数优化】
在350°C/60min/5wt.%条件下取得最高产率17.93wt.%，而325°C/20min/10wt.%时品质最佳（HHV=39.40MJ·kg^-1
）。温度超过325°C会导致二次裂解反应加剧，而催化剂过量（15wt.%）会促进气相产物生成。GC-MS分析显示NiO/HC显著增加烷烃含量，氧元素脱除率提升12.7%。

【催化剂性能】
相比传统Ni/TiO₂
，NiO/HC的循环使用稳定性提高23%，归因于HC载体高温耐受性。TG分析表明催化剂在连续5次使用后仍保持89%初始活性，且金属溶出率低于0.5ppm。

该研究证实NiO/HC能同步实现污泥减量（固相产物减少38%）与能源回收（ER>50%），其创新点在于：①利用HTL副产品HC作载体，降低成本；②纤维结构增加比表面积3.2倍；③Ni⁰
原位还原增强氢活化能力。为污泥处理提供了"以废治废"的新思路，推动HTL技术向工业化应用迈进。