镍负载碱改性HZSM-5催化剂协同微波辅助两级水热液化提升螺旋藻生物油品质

本文创新性地采用微波辅助两级水热液化（HTL）技术，结合镍负载碱改性HZSM-5（Ni@HN）双功能催化剂，显著提升螺旋藻生物油的烃类产率（48.1%）和热值。通过NaOH溶液构建介孔结构（1 mol/L优化浓度）和Ni（5 wt%）氢化活性位点的协同作用，解决了传统催化剂扩散限制和贵金属成本高的问题，为藻类生物质能源化提供了高效催化策略和理论支撑。

　　

亮点

本研究通过碱改性和金属负载的双重策略，成功开发出具有分级孔道结构的Ni@HN催化剂，在酸性水热环境中展现出卓越的催化稳定性。分子动力学模拟首次揭示了螺旋藻多糖/脂质模型化合物在亚临界水中的键断裂路径，为藻类生物油定向转化提供了理论依据。

实验结果分析（XRD与ICP-OES/MS）

XRD表征显示（图3a），1 mol/L NaOH处理的HZSM-5在2θ=7°–9°和22.5°–25.0°区间保留沸石特征峰，但峰强降低表明适度脱硅形成介孔。ICP证实Ni(5 wt%)负载后金属分散度达78%，协同酸性位点使脱氧效率提升46%。

结论

1. 1.

   1 mol/L NaOH碱改性使HZSM-5烃类产率提升至32.9%，较未改性催化剂提高近2倍；

2. 2.

   5 wt% Ni负载通过氢化-脱氧协同效应，将烃类产率进一步推高至48.1%；

3. 3.

   分子模拟证实亚临界水环境中C-O键优先断裂，生成呋喃类中间体并最终转化为直链烷烃。

作者贡献声明

第一作者杨晨宇完成论文撰写、可视化及实验设计；通讯作者李昭颖与贺岩负责课题监督和资源整合；团队通过响应面法（RSM）优化工艺参数，GC/MS分析证实生物油低沸点组分占比达81%。

利益冲突声明

作者声明无任何可能影响本研究客观性的财务或个人关系。

致谢

本研究受山东省泰山学者计划（tstp20250505）和山东省自然科学基金（ZR2021QE040）资助。