柚皮与印染污泥共水热碳化过程中铁氮迁移转化机制及协同效应研究

本文研究了柚皮(PP)与印染污泥(DS)在共水热碳化(co-HTC)过程中铁(Fe)和氮(N)的迁移转化规律。研究发现，240℃条件下纤维素水解产生的-OH/-CHO基团与蛋白质协同促进Fe3+还原为Fe2+并形成Fe3O4；氨基酸-N通过环化反应转化为吡啶-N(N-6)、吡咯-N(N-5)等稳定形态，显著提升固相脱氮效率(NRE)。该研究为工业污泥与生物质协同资源化提供了新思路。

　　

Highlight亮点

本研究揭示了共水热碳化(co-HTC)过程中铁氮元素的"跨界互动"：就像生物体内的金属酶催化系统，纤维素水解产生的还原性基团(-OH/-CHO)与蛋白质组成了"天然还原工厂"，将污泥中的Fe³⁺高效转化为磁性Fe₃O₄；而氮元素则上演了精彩的"变形记"，从氨基酸通过分子内环化"魔术"变成稳定的杂环氮化合物。

Materials材料

实验采用常州某环保公司的脱水印染污泥(含铝铁混凝剂)和江西蜜柚皮。这些"环境废弃物二人组"经过105℃烘干处理后，在240℃的"高压锅"里发生了奇妙的化学反应。

Properties of hydrochars and feedstocks原料与水热炭特性

就像DNA测序揭示生命密码，工业分析显示：柚皮(PP)富含挥发性物质(VM)，经过水热碳化(HTC)后固定碳(FC)含量翻倍，证明纤维素大分子被"拆解"成葡萄糖等小分子。有趣的是，当PP与DS以2:8配比混合时，水热炭的燃烧特性如同获得"能量buff"，发热量显著提升。

Conclusions结论

这项研究破解了"铁氮共舞"的分子密码：在240℃的co-HTC"反应舞台"上，生物质组分与污泥蛋白默契配合，既完成了Fe³⁺的"减毒变身"，又实现了氮元素的"安全着陆"。这种"变废为宝"的策略，为开发新型环境功能材料提供了元素级的设计思路。