酸洗污泥氧载体驱动焦油高效转化研究：以酚、蒽和萘作为生物质模型化合物的机制解析

本研究创新性地利用含铁铬尖晶石和CaF2的酸洗污泥(PS)作为氧载体，通过对比传统Fe2O3(FE)和金属掺杂氧载体(MD)，系统揭示了其对酚(>97%转化率)、蒽(74.71%)和萘(77.86%)三种焦油模型化合物(TMCs)的催化机制。研究发现PS凭借40.25 m2/g比表面积和67.48%介孔结构，通过Fe-Cr尖晶石活性位与CaF2多孔协同效应，显著提升焦油转化并减少40%积碳，为工业固废高值化利用提供新策略。

　　

Highlight

与FE和MD相比，PS凭借40.25 m2/g的高比表面积和以介孔为主(67.48%)的孔隙结构，显著提升焦油转化率（酚>97%、萘77.86%、蒽74.71%），积碳量较FE降低超40%。这归因于铁铬尖晶石(Fe-Cr spinel)稳定活性位与CaF₂多孔结构的协同效应：前者提供催化活性中心，后者高温下形成气体扩散通道。

Transformation properties of TMCs species

在固定热解温度(200°C)、还原反应温度(800°C)和氧燃比(φ=0.75)条件下，研究三种焦油模型化合物(TMCs)与氧载体的反应特性。气相色谱分析显示，未添加氧载体时，三种TMCs产物均以轻质芳烃为主；而PS的引入使含氧基团（酮类、酯类）生成量显著提升，其中蒽因多环结构更易形成稳定中间体并积累碳沉积。

Conclude

温度升高(800~950°C)促进晶格氧迁移，使蒽和萘转化率分别提升10.20%和5.85%；适度增加氧燃比(φ=1.5)优化供氧效率，但过量会导致接触面积下降。元素均匀分布和Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原对是PS高性能的关键，为工业污泥在生物质能源转化中的应用提供理论支撑。