南昌大学王允圃等Applied Catalysis B: Environmental，废油脂脉冲催化热解：基于原料特性的CaO催化剂失活路径探索

第一作者：吴秋浩、柯林垚

通讯作者：王允圃

通讯单位：南昌大学 食品学院 食品科学与技术国家重点实验室/生物质转化教育部工程研究中心

杂志：Applied Catalysis B: Environmental（Q1, 影响因子19.503）

DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120968

图文摘要

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在本文中，南昌大学食品学院生物质转化教育部工程研究中心王允圃等利用脉冲热解新技术，对废油脂、硬脂酸、油酸及亚油酸催化热解过程中CaO失活路径进行了探索。不同于常规热解技术，脉冲热解可模拟连续工业生产过程，并可对催化剂活性进行实时在线监测。研究结果表明硬脂酸、油酸及亚油酸脉冲热解过程中CaO失活速率较废油脂脉冲热解过程慢，在暂停进料10小时后，硬脂酸、油酸及亚油酸脉冲热解失活后的CaO催化活性均得到不同程度的恢复，结合催化剂的热重（TG）、傅里叶变换红外（FT-IR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、粒径等表征分析，得出晶相变化和团聚是影响CaO催化剂稳定性的重要原因。该项工作对食品工业废油脂脉冲催化热解增值产业化应用具有重要意义。

背景介绍

CaO具有制备简单、来源广泛等优点，但在生物质催化热解中其快速失活是限制工业化应用的瓶颈，若能揭示CaO的失活途径，对CaO定向改性，延长使用寿命具有重要的指导意义。脉冲热解技术不仅可对连续工业生产过程进行高度模拟，还可对催化剂活性进行实时在线监测，是一种高效精准的催化剂失活路径探索手段。本文以废油脂、硬脂酸、油酸及亚油酸为原料，采用脉冲催化热解新技术，基于原料特性探索了CaO催化剂失活的路径。

图文导读

首先，团队对CaO催化废油脂、硬脂酸、油酸、亚油酸50次脉冲热解过程中有机产物含量变化进行了研究（图1-4）。研究发现废油脂脉冲热解过程中，CaO催化剂在7次脉冲热解后已完全失活，且在随后的10小时暂停进料后，催化剂活性没有显著恢复；而三种游离脂肪酸热解过程中，CaO催化剂失活速率较慢，且在10小时暂停进料后，催化剂活性显著恢复。

图1. CaO催化废油脂50次脉冲热解过程中有机产物含量变化

图2. CaO催化硬脂酸50次脉冲热解过程中有机产物含量变化

图3. CaO催化油酸50次脉冲热解过程中有机产物含量变化

图4. CaO催化亚油酸50次脉冲热解过程中有机产物含量变化

为探究CaO催化剂失活路径，团队对脉冲热解50次后的催化剂进行了表征分析。粒径分析表明，失活催化剂的中值粒径（D50）较新鲜催化剂均变大，表明失活催化剂中发生了团聚。亚油酸脉冲热解50次后的CaO催化剂（LA-CaO）团聚最为显著，油酸脉冲热解50次后的CaO催化剂（OA-CaO）团聚程度次之。这也表现为催化剂在暂停进料10小时后，LA-CaO和OA-CaO催化剂活性无法恢复到初始活性。废油脂脉冲热解过程中，CaO催化剂活性无法恢复可能存在其他影响因素。

表1 新鲜和脉冲热解50次后的CaO催化剂粒径分析

XRD分析表明，新鲜CaO催化剂的主要晶相组成为CaO，而失活催化剂中出现Ca(OH)₂和CaCO₃。

图5. 新鲜和脉冲热解50次后的CaO催化剂XRD分析

采用TG分析对新鲜和脉冲热解50次后的CaO催化剂中Ca(OH)₂和CaCO₃含量进行计算，发现废油脂脉冲热解50次后的CaO催化剂中Ca(OH)₂含量达到72.60%。三种游离脂肪酸脉冲热解50次后的CaO催化剂中Ca(OH)₂含量均未超过30%，但CaCO₃含量高于废油脂脉冲热解50次后的CaO催化剂，最高为26.55%。表明，Ca(OH)₂的快速生成是废油脂热解过程中CaO失活的主要原因。

图6. 新鲜和脉冲热解50次后的CaO催化剂TG分析

表2 新鲜和脉冲热解50次后的CaO催化剂晶相组成

通讯作者介绍

王允圃，男，博士，南昌大学食品学院研究员、博导、食品发酵与生物工程系副主任。中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛优秀导师，江西省主要学科学术和技术带头人培养计划（青年人才）入选者，江西省杰出青年基金入选者，中央引导地方国家自然科学基金优青培育计划入选者，南昌大学香樟俊才，青年岗位能手。主要从事食品加工废物微波热化学转化制取液体燃料和高附加值化学品的研究工作。近5年，主持国家级项目3项，省级项目5项，横向项目2项。第一作者/通讯作者发表SCI论文56篇（一区/Top 36篇，ESI高被引2篇，总被引频次2852，H指数32），IF>9的论文23篇，5<IF<9的论文20篇，单篇影响因子最高为19.503；获得已授权发明专利35件（第一发明人18件）。第一指导老师指导学生获得互联网+、挑战杯学科竞赛共计国家级奖12项（其中互联网+国家金奖3项，“挑战杯国家金奖1项，挑战杯国家二等奖及以上3项），省级奖21项（省金奖、省特等及一等奖10项），获得江西省教学成果奖二等奖1项（第一完成人）。

第一作者介绍

吴秋浩，南昌大学食品科学与工程专业博士研究生，主要从事生物质催化热解研究，近5年第一作者发表SCI论文8篇。

柯林垚，南昌大学食品科学与工程专业硕士研究生，主要从事生物质催化热解研究，近3年发表SCI论文11篇。

文章链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337321010936