论文推荐丨西安科技大学周安宁教授：木质素催化热解产物高值化调控研究进展

木质素催化热解产物高值化调控研究进展

作者

周安宁1,2, 白状伟1, 贺新福1,2, 张怀青1, 石智伟1,2, 张致1, 王俊哲1,3

单位

1. 西安科技大学 化学与化工学院；

2. 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室；

3. 陕西煤业新型能源科技股份有限公司

引用格式

周安宁，白状伟，贺新福，等.木质素催化热解产物高值化调控研究进展[J].洁净煤技术，2025，31（1）：1-16.

ZHOU Anning，BAI Zhuangwei，HE Xinfu，et al.Research progress in regulation of lignin catalytic pyrolysis products[J].Clean Coal Technology，2025，31（1）：1-16.

关键词

木质素；催化热解；高值化；目标产物；选择性

摘要

木质素作为一种重要的可再生有机碳源，其独特的三维交联结构在为其带来丰富的化学潜力时，也为其高效转化和利用带来了难题。催化热解是实现木质素绿色、低碳和高值化利用的有效手段。在木质素催化热解的研究领域，甲烷、合成气、轻质芳烃和高性能多孔碳材料等成为备受瞩目的高值化目标产物。鉴于此，紧密围绕木质素催化热解高值化产物的应用这一核心导向，深入且系统地探讨了多种催化剂在木质素催化热解过程中的关键调控作用。其中，AAEMs催化剂可分为碱金属盐和碱土金属盐2大类，碱金属盐虽使液相产率有所降低，但提升了苯酚等单酚类物质的产率，而碱土金属盐则提高了液相产率，并且对增强苯酚的选择性效果显著。碱金属盐有助于气相产物的生成，并能提高H₂的选择性，碱土金属盐虽抑制气相产物生成，却在水煤气转换反应中发挥重要作用。在固相产物方面，碱金属盐相较于碱土金属盐更有助于提升生物质炭的产率，并且能够进一步优化其结构，增强反应活性。金属氧化物催化剂主要分为酸性和碱性2大类，其中，酸性金属氧化物在木质素催化热解过程中，可显著提升液相产物的产率，对苯酚及MAHs展现出较高的选择性，并且有助于CO和CH4的生成，同时对生物质炭的生成起到抑制作用。而碱性金属氧化物虽会抑制液相产物的产生，但能有效促进苯酚的生成，在推动气相产物生成以及优化生物质炭结构方面表现突出。钙钛矿催化剂具有立方相等结构优势，且氧化还原性能优异。通过金属离子掺杂显著增加了氧空位含量，提高了液相产率与苯酚和MAHs的选择性，抑制了脱羧和脱羰基反应，升高了CH4选择性，降低了生物质炭产率，且循环催化热解稳定性良好。分子筛类催化剂催化性能与其酸碱性和表面结构等相关。高酸性且具有适宜孔径的可促进木质素裂解重组，影响三相产物产率与选择性；经金属负载或酸化预处理等可优化其催化性能，提高目标产物的选择性。低成本催化剂如膨润土等也重要，其酸性位点和孔隙结构影响产物选择性，与分子筛联用可大幅提高MAHs选择性，对气相和固相产物也有独特调控效果。在此基础上，进一步提出了实现木质素催化热解产物高值化调控的催化剂优化策略。并对未来发展趋势进行展望，强调应大力加强对具有协同催化作用的新型催化剂及其催化机理的探索，为木质素催化热解产物的高效利用筑牢技术支撑，推动这一领域不断向前发展。

文章结构

0  引　　言

1  木质素高值化热解产物的应用前景

1.1  液相产物的应用

1.2  气相产物的应用

1.3  固相产物的应用

2  碱金属盐与碱土金属盐（AAEMs）催化剂对木质素热解产物的影响

2.1  对液相产物的影响

2.2  对气相产物的影响

2.3  对固相产物的影响

2.4  AAEMs催化剂对木质素热解三相产物的协同调控作用

3  金属氧化物催化剂对木质素热解产物的影响

3.1  对液相产物的影响

3.2  对气相产物的影响

3.3  对固相产物的影响

3.4  金属氧化物催化剂对木质素热解三相产物的协同调控作用

4  钙钛矿催化剂对木质素热解产物的影响

4.1  对液相产物的影响

4.2  对气相产物的影响

4.3  对固相产物的影响

4.4  钙钛矿催化剂对木质素热解三相产物的协同调控作用

5  分子筛类催化剂对木质素热解产物的影响

5.1  未改性分子筛催化剂

5.2  改性分子筛催化剂

5.3  分子筛催化剂对木质素热解三相产物的协同调控作用

6  低成本催化剂对木质素热解产物的影响

6.1  对液相产物的影响

6.2  对气相产物的影响

6.3  对固相产物的影响

6.4  低成本催化剂对木质素热解三相产物的协同调控作用

7  结论与展望

重要图表

图 1 木质素催化热解制备高附加值生物油的反应途径

图 2 木质素催化热解条件下的目标产物及高值化产品应用

图 3 糠醛渣碱木质素催化热解可能路径

图 4 热解木质素催化裂化的反应机理

图 5 钙钛矿催化热解甘蔗渣木质素的反应机理

图 6 Fe-ZSM-5催化热解木质素机理

图 7 CSHZ可能的催化热解途径

策划丨常明然

责编丨宫在芹

编辑丨李莎

审核丨常明然