曾媛，王允圃，張淑梅，夏美玲，吳秋浩，劉玉環(huán)，RUANRoger

（1南昌大學(xué)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化教育部工程研究中心，江西南昌330047；2南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047；3美國明尼蘇達(dá)大學(xué)生物產(chǎn)品與生物系統(tǒng)工程系，美國明尼蘇達(dá)）

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口迅速增長，能源的需求量越來越大，而化石能源作為不可再生能源，已不能滿足社會發(fā)展要求。此外，化石能源消耗導(dǎo)致了一系列環(huán)境問題，如溫室效應(yīng)、酸雨等。生物質(zhì)能因分布廣、種類豐富，而且是唯一一種可轉(zhuǎn)化成多種化學(xué)品的可再生新能源，發(fā)展?jié)摿薮蠖艿綇V泛關(guān)注[1]。

生物質(zhì)熱解技術(shù)是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用的重要途徑之一[2]，是生物質(zhì)在無氧或缺氧的條件下，利用熱能切斷生物質(zhì)大分子的化學(xué)鍵，使之轉(zhuǎn)化為分子量較小的生物油、熱解氣和生物炭的過程。生物油中富含烴類，是潛在的液體燃料，同時(shí)也可用于生產(chǎn)糠醛、芳烴等重要的化學(xué)品。傳統(tǒng)熱解技術(shù)通常采用電加熱，熱量從外部通過熱傳遞輸送到反應(yīng)體系的內(nèi)部，會損耗部分能量，而且熱傳遞的加熱速率較慢，效率偏低[3]。而微波熱解的熱量來源于電磁場與生物質(zhì)分子之間的相互作用，或通過微波吸收劑吸收微波能量轉(zhuǎn)化而來，加熱快、熱損耗小、加熱效率高。微波的非熱效應(yīng)可以改變反應(yīng)體系的熱力學(xué)參數(shù)和分子間的相互作用力，降低活化能和化學(xué)鍵強(qiáng)度[4]。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，微波熱解優(yōu)于傳統(tǒng)熱解，其所得生物油碳含量高、熱值高、氧含量低[5]。盡管微波熱解技術(shù)的應(yīng)用提高了生物油的品質(zhì)，但仍未達(dá)到商業(yè)應(yīng)用品質(zhì)水平，化學(xué)組分復(fù)雜、熱值低、不穩(wěn)定、酸性較高、腐蝕性大，與現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)施存在固有的不兼容性，因此，生物原油在達(dá)到燃料常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格前需要進(jìn)行升級。本文從原料特性、微波吸收劑、催化劑三個(gè)方面對生物質(zhì)微波熱解制備液體燃料和化學(xué)品的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，為提高生物油品質(zhì)、產(chǎn)物選擇性等提供理論依據(jù)。

1 原料特性

1.1 水分

水是一種很好的微波吸收劑，生物質(zhì)中的水分含量使原料在干燥過程中具有較高的升溫速率[6]。隨著溫度的升高和水分的蒸發(fā)，生物質(zhì)原料的微波吸收能力逐漸降低，升溫速率隨之減慢，而且釋放出的水分會參與形成生物油，降低生物油的熱值，影響生物油的品質(zhì)，所以在微波熱解處理前，通常會對原料進(jìn)行干燥預(yù)處理，以降低后續(xù)制得的生物油的水分含量。微波熱解過程中，原料水分率先被加熱蒸發(fā)，與炭化層或者其他氣體產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)的可能性小于常規(guī)熱解[7]。

1.2 灰分

灰分是生物質(zhì)除水分外的另一重要無機(jī)物，含有K、Ca等多種金屬元素，經(jīng)微波輻射后，能提高反應(yīng)體系的升溫速率。但由于灰分成分本身不能形成生物油，且會催化熱解蒸氣二次裂解，所以高灰分含量會降低生物油產(chǎn)率[8]。熱解過程中，生物質(zhì)灰分金屬的積累實(shí)現(xiàn)了更大程度的脫氧，但由于熱解反應(yīng)是由生物質(zhì)衍生金屬控制的，產(chǎn)物選擇性較低[9]。而且，原位催化熱解過程中，金屬的沉積會降低催化劑的酸性和減小催化劑的比表面積，導(dǎo)致原位催化劑中毒[9-10]。Konstantinos等[9]研究發(fā)現(xiàn)，K可在整個(gè)催化劑粒子表面沉積且均勻分布，而Mg和Ca則優(yōu)先沉積在催化劑粒子的外表面，形成一層高濃度的Ca和Mg層。因?yàn)榛钴S的內(nèi)部活性位點(diǎn)不受影響，Ca和Mg的外表面沉積意味著較少的失活催化劑活性位點(diǎn)，但在使用高灰分原料或大量生物質(zhì)原料時(shí)，由外表面孔道堵塞而導(dǎo)致的催化劑失活可能仍然是一個(gè)問題。酸可使無機(jī)物溶解，酸洗可以有效地脫除生物質(zhì)中的灰分。Dai等[11]采用微波輔助甲酸酸洗對毛竹鋸末進(jìn)行預(yù)處理，顯著降低了生物質(zhì)中灰分和揮發(fā)分的含量。在預(yù)處理過程中，由于半纖維素幾乎完全被破壞，纖維素和木質(zhì)素略有分解，后續(xù)微波熱解的生物油產(chǎn)率有所下降。但經(jīng)預(yù)處理后，微波熱解產(chǎn)生更少的酸、酚、酮以及更多的吡喃葡萄糖。

1.3 有效氫碳比

生物質(zhì)有效氫碳比是影響生物油產(chǎn)率和選擇性的重要因素。有效氫碳比（H/Ceff）的概念由Chen等[12]提出，H/Ceff＜1.0的原料難以轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的液體燃料，屬于缺氫生物質(zhì)，主要為木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)，其生物油中芳烴和烯烴等優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)率的提升可以通過增加原料的H/Ceff實(shí)現(xiàn)。H/Ceff≥1.0為富氫生物質(zhì)，含氧量較低，具有制備高品質(zhì)燃料的潛力，如廢棄油脂類生物質(zhì)、微藻類生物質(zhì)等。

1.3.1 木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)

木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，一般而言，在這類生物質(zhì)中纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～60%，半纖維素為20%～40%，木質(zhì)素則為10%～25%[13]。在催化熱解過程中，木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)的熱解蒸氣可通過沸石酸性位點(diǎn)的烴池機(jī)制或Diels-Alder反應(yīng)轉(zhuǎn)化為芳烴[14]。但木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)自身的有效氫碳比只有0.1～0.3[15]，其熱解產(chǎn)物中氧含量高、氫含量低，在沸石催化劑內(nèi)部形成了缺氫烴池，容易生成重?zé)N和焦炭而導(dǎo)致催化劑失活。為解決木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)H/Ceff較低的問題，常將其與供氫助劑共熱解以提高熱解原料的H/Ceff。供氫助劑能為后續(xù)熱解催化反應(yīng)提供氫源和豐富的烴池物種，促進(jìn)含氧化合物脫氧、芳構(gòu)化生成芳烴，進(jìn)而提高生物油品質(zhì)；但產(chǎn)生的生物油仍為酸性，需要進(jìn)一步脫氧。木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)微波熱解制得的生物油具有較低的氧含量和更高的熱值，但由于微波加熱促進(jìn)了熱解蒸氣二次裂解成不可冷凝氣體，所以其產(chǎn)率低于傳統(tǒng)熱解[16]。將共熱解技術(shù)與微波加熱技術(shù)結(jié)合起來用于生物質(zhì)熱解，受到研究者的廣泛關(guān)注。微波共熱解中常用的供氫助劑有廢棄油脂、廢棄塑料、廢棄輪胎等。

木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)與高H/Ceff廢棄油脂微波共熱解對生物油的組成有顯著改善作用。隨著原料中廢棄油脂比例增加，烴含量隨之增加，氧含量逐漸降低。這是因?yàn)閺U棄油脂為木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)提供游離氫自由基，生成富氫熱解蒸氣，可經(jīng)HZSM-5轉(zhuǎn)化為烴類；此外，木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)產(chǎn)生的一些含氧化合物促進(jìn)了廢棄油脂中長碳鏈的斷裂[17]。Zhou等[18]以HZSM-5為催化劑進(jìn)行了秸稈和皂腳的微波共熱解研究，以秸稈為唯一原料時(shí)，生物油組分多為含氧化合物，其中糠醛、2-甲氧基苯酚、環(huán)戊烯酮、苯酚等占主導(dǎo)地位，生物油品質(zhì)較差。隨著皂腳的加入，生物油含氧量顯著降低，脂肪烴和芳烴的比例有所增加，生物油的品質(zhì)得到提升。研究所得的最佳秸稈∶皂腳比例為1∶2。

缺氫生物質(zhì)與聚烯烴等富氫塑料共熱解，在提高烴產(chǎn)率和減少氧含量方面存在正協(xié)同作用。協(xié)同作用是兩種原料在熱解過程中相互作用的結(jié)果，通過生物質(zhì)中的含氧中間產(chǎn)物提取塑料中的氫，可以促進(jìn)聚合物中碳碳鍵裂解成小分子烯烴和烷烴。塑料來源的烯烴和生物質(zhì)來源的呋喃之間通過Diels-Alder反應(yīng)生成芳烴，而木質(zhì)素來源的酚類物質(zhì)主要可通過烴池機(jī)制轉(zhuǎn)化為芳烴[19-20]。Bu等[21]對微波加熱烘焙后的木質(zhì)素和低密度聚乙烯（LDPE）進(jìn)行微波共熱解，在研究范圍內(nèi)，隨著LDPE的加入，芳烴含量由1.94%提高到22.83%。熱行為分析和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究表明，在微波輔助熱解過程中加入LDPE對微波加熱烘焙后的木質(zhì)素有促進(jìn)熱降解和提高反應(yīng)速率的作用。

Idris等[22]利用響應(yīng)曲面法的中心復(fù)合設(shè)計(jì)，優(yōu)化油棕櫚空果串和廢棄輪胎微波輔助共熱解的實(shí)驗(yàn)條件使生物油和能量產(chǎn)率最大化。其利用Design-Expert軟件對最佳反應(yīng)條件進(jìn)行預(yù)測，在60g的原料中，油棕櫚空果串比例為65%時(shí)，最佳反應(yīng)溫度為505℃，生物油產(chǎn)率可達(dá)40.0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），能量產(chǎn)率可達(dá)59.0%。對預(yù)測值的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)誤差小于5%，生物油主要成分為烯烴、單環(huán)芳烴、酚類及酚類衍生物和多環(huán)芳烴等。油棕櫚空果串和廢棄輪胎共熱解提高了烯烴的產(chǎn)率，降低了含氧化合物和多環(huán)芳烴含量，且烯烴中D-檸檬烯的選擇性較高。生物油熱值為42.29MJ/kg，略低于商業(yè)柴油（45.6MJ/kg）。與油棕櫚空果串單熱解相比，共熱解效應(yīng)顯著降低了生物油酸性水平，pH從3.2升至4.7，但需要進(jìn)一步脫氧和脫硫以提高燃料品質(zhì)。具體反應(yīng)機(jī)理為油棕櫚空果串在較低溫度下分解釋放出OH和H自由基。自由基促進(jìn)廢棄輪胎中的順-1,4-聚異戊二烯雙鍵發(fā)生β斷裂，形成兩種不同的烯丙基自由基（1和2），烯丙基自由基1繼續(xù)進(jìn)行分子內(nèi)環(huán)化和斷鍵生成D-檸檬烯；烯丙基自由基2將繼續(xù)分解形成異戊二烯單體，然后通過Diels-Alder重組反應(yīng)生成D-檸檬烯；而D-檸檬烯在高溫下可通過斷鍵環(huán)化轉(zhuǎn)化為芳烴。

木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)與供氫助劑微波共熱解可提高原料的有效氫碳比，操作簡單高效，比其他傳統(tǒng)的生物油升級方法更經(jīng)濟(jì)，是一種有前途的工業(yè)應(yīng)用技術(shù)。但也存在一些弊端，相對于商業(yè)化燃料，共熱解制得的生物油仍為酸性，需要進(jìn)一步脫氧和脫硫等；生物質(zhì)與廢塑料共熱解時(shí)，有害物質(zhì)的產(chǎn)生不可避免，尤其是PVC塑料的分解促進(jìn)了氯化烴的形成，其具有生物毒性，并且氯化芳烴、鹽酸等還具有一定的腐蝕性。

1.3.2 廢棄油脂類生物質(zhì)

主要成分為甘油三酯的廢棄油脂類生物質(zhì)有效氫碳比為1.5左右，屬于富氫生物質(zhì)，將其熱解脫羧制備可再生烴類燃料和化學(xué)品具備較大優(yōu)勢。Yu等[23]采用SiC泡沫陶瓷催化劑在微波下吸式反應(yīng)器中對烏桕籽油進(jìn)行熱解，研究了催化溫度、催化劑/原料比、投料速度等因素對生物油產(chǎn)品分布和化學(xué)成分的影響。在催化溫度為300℃、催化劑/原料比為1∶2、進(jìn)料速率為1mL/min時(shí)，生物油中芳烴相對含量達(dá)到最大值89.707%。

皂腳是油脂精煉中的副產(chǎn)品，主要含脂肪酸堿金屬鹽，引入堿金屬離子降低了αC—C鍵解離能[24]。研究發(fā)現(xiàn)，微波能選擇性地加熱脂肪酸鹽的羧基端，脂肪酸碳鏈的不飽和鍵在微波極化過程中能與碳負(fù)離子中間體形成p-π共軛體系，使熱解反應(yīng)（脫羧、端烯化、異構(gòu)化和芳構(gòu)化等）順利進(jìn)行[25]。Wang等[26]以碳化硅為微波吸收劑、HZSM-5為非原位催化劑在下吸式反應(yīng)器中研究皂腳的微波熱解反應(yīng)，通過改進(jìn)工藝來提高生物油的質(zhì)量和延長催化劑的使用壽命。下吸式反應(yīng)器的應(yīng)用延長了熱解氣體通過碳化硅高溫床層的時(shí)間，使大分子充分熱解成小分子，有利于后續(xù)HZSM-5的擇形催化。結(jié)果表明，最佳催化溫度為400℃、最佳原料催化劑比為2∶1、質(zhì)量空速為72h-1，生物油產(chǎn)率和品質(zhì)達(dá)到較佳的平衡，芳烴相對含量可達(dá)86.7%，HZSM-5在5個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)周期中表現(xiàn)良好。1.3.3 微藻類生物質(zhì)

微藻類生物質(zhì)含有3種主要成分，即碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，有效氫碳比為1.0左右[27]。微波熱解處理微藻類生物質(zhì)時(shí)，生物油產(chǎn)率較低，主要由脂肪烴、芳烴、酚類、長鏈脂肪酸和含氮化合物組成，含氮化合物主要是胺類、腈類、雜環(huán)化合物，但微藻類生物油在理化性質(zhì)上優(yōu)于木質(zhì)纖維素生物油，氧含量低、黏度低，具有較高熱值，是木材或農(nóng)作物秸稈的1.6倍[27-28]。Huang等[29]以活性炭或磁鐵礦作為微波吸收劑，對小球藻和螺旋藻進(jìn)行熱解以制備生物油，并探討了熱解過程中含氮化合物的形成機(jī)理，提出了氨基酸的4種分解方式：①通過脫羧反應(yīng)生成胺，胺可進(jìn)一步脫氫生成腈，胺還可以與羧酸反應(yīng)生成酰胺；②兩個(gè)氨基酸分子之間發(fā)生脫水反應(yīng)，生成二酮哌嗪（DKP），隨后進(jìn)行分解；③脂肪鏈的均裂，導(dǎo)致烴類或取代烴類的形成；④分子內(nèi)脫水或脫氨形成環(huán)狀化合物。Fe3O4可通過促進(jìn)微藻分解過程中的脫羧反應(yīng)，促進(jìn)含氮脂肪化合物的形成，活性炭的使用促進(jìn)了氨基酸分解過程中的脫水反應(yīng)，從而促進(jìn)了熱解過程中含氮芳烴的形成。

對于微藻類等富氮生物質(zhì)，微波熱解產(chǎn)生的氣相氮（NH3、HCN、HNCO等）不可忽視。氣相氮在后端能量利用中不僅會使催化劑失活，且會轉(zhuǎn)化為NOx，造成溫室效應(yīng)、酸雨和光化學(xué)煙霧等環(huán)境問題。熱解過程的氮遷移機(jī)制需要進(jìn)行深入研究[30-31]。

2 微波吸收劑

微波吸收劑是影響微波熱解的主要因素之一，直接對溫度分布以及加熱速率等熱解條件產(chǎn)生重要影響。金屬微粉吸波劑具有較大的介電常數(shù)，因而具有較高的微波吸收率，但其抗氧化性差、耐酸堿能力弱，不適用于生物質(zhì)微波熱解。微波熱解過程中常用的微波吸收劑主要是碳質(zhì)材料，多以單種化合物形式加入，包括SiC、活性炭、石墨等。Lam等[32]將微波真空熱解與活性炭反應(yīng)床聯(lián)合使用，用于廢塑料與廢棄食用油共熱解，獲得了84%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的生物油，其中含有較多的輕質(zhì)烴，熱值（49MJ/kg）比柴油和汽油高，具有很大的燃料應(yīng)用前景。活性炭反應(yīng)床的使用提供了良好的還原環(huán)境，防止氧化或氧化副產(chǎn)物的形成。Wang等[34]以石墨為微波吸收劑，研究了不同微波功率對污泥生物油的產(chǎn)率的影響。生物油產(chǎn)量先增加后減少，主要是由于增加微波功率伴隨著熱解溫度的升高，有利于解聚、脫羧反應(yīng)，從而釋放更多的可冷凝氣體；進(jìn)一步提高微波功率，促進(jìn)了可冷凝氣體的二次裂解。SiC具有抗氧化性、耐高溫性能好的特點(diǎn)，是一種非反應(yīng)活性相的吸波物質(zhì)，在微波熱解領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。Wang等[34-35]以SiC為微波吸收劑熱解皂腳，SiC的使用減少了熱解蒸氣熱裂解、揮發(fā)物炭化等二次反應(yīng)，顯著提高了生物油中烴類的產(chǎn)率，提高了烴類中烷烴和芳烴的含量，并將SiC運(yùn)用于連續(xù)式快速微波熱解系統(tǒng)熱解稻草、油茶果殼，由于未使用催化劑，生物油中含有較多酚、醛、酮等，稻草熱解產(chǎn)生的生物油在24g/min的進(jìn)料速率和500℃下達(dá)到了最高產(chǎn)率31.86%，油茶果殼熱解產(chǎn)生的生物油在200g/min的進(jìn)料速度和400℃下達(dá)到最高產(chǎn)率27.45%。Zhou等[36]研究開發(fā)了處理量更大的連續(xù)微波輔助熱解系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有SiC反應(yīng)床，可在連續(xù)模式下可靠運(yùn)行，處理能力高達(dá)每小時(shí)10kg生物質(zhì)。

生物質(zhì)微波熱解升溫過程應(yīng)遵循“先慢中快后慢”的特點(diǎn)，起始升溫速率顯著增加往往標(biāo)志著碳化的開始，意味著生物質(zhì)的熱解過程向小分子氣化和重排縮聚芳構(gòu)化方向偏移，這對于獲取高產(chǎn)率生物油有機(jī)相是極為不利的[37]。以SiC為基礎(chǔ)的復(fù)合吸波劑能夠改變生物質(zhì)最大升溫速率所對應(yīng)的起始溫度，減緩初期升溫速率，對于提高生物油有機(jī)相產(chǎn)率具有一定的促進(jìn)作用。張新偉等[38]選用金屬氧化物材料與SiC組成復(fù)合吸波劑，相對于添加SiC的原料的升溫速率，SiC/TiO2、SiC/Fe3O4、SiC/ZrO2的加入降低了初始階段生物質(zhì)的微波吸收性，導(dǎo)致升溫緩慢。其中，SiC/Fe3O4中的Fe由于存在可變價(jià)態(tài)能夠發(fā)生氧化還原反應(yīng)，增加了整個(gè)反應(yīng)體系的還原性，從而促進(jìn)中間液體產(chǎn)物的生成，其對應(yīng)的生物油產(chǎn)率最高，為46.80%，生物油含水量最低，僅為37.62%。TiC擁有高于SiC的介電常數(shù)，但TiC的熱導(dǎo)率低于SiC的熱導(dǎo)率。采用添加一定比例TiC的SiC/TiC復(fù)合吸波劑可以遏制生物質(zhì)初期的升溫速率，降低純SiC的“熱點(diǎn)”負(fù)效應(yīng)，使生物質(zhì)在熱解過程中保持并維持合適的升溫速率及熱解溫度，有利于促進(jìn)生物油有機(jī)相的生成；有機(jī)相中富含呋喃類、酚類、醇類等產(chǎn)物，且擁有相對集中的碳數(shù)分布（C6～C8），有利于將有機(jī)相用作精細(xì)化工原料[39]。

3 催化劑

微波熱解生物油含氧量高、熱值低、成分復(fù)雜、不穩(wěn)定，需要對其進(jìn)行升級。生物油升級最常用的方法是催化升級，在熱解過程中催化劑起著至關(guān)重要的作用。一般來說，催化熱解伴隨著多種反應(yīng)，包括裂化、加氫裂化、碳碳鍵裂解、芳香側(cè)鏈斷裂、異構(gòu)化、聚合、氫轉(zhuǎn)移、脫水、脫羧、脫羰、酮化、縮合、烷基化、環(huán)化或芳構(gòu)化等；所得生物油含氧量低、熱值較高、產(chǎn)物選擇性高。催化升級有3種去除氧的途徑：①以CO形式的脫羰作用；②以CO2形式的脫羧作用；③以H2O形式的脫水作用。脫羧作用是最理想的，因?yàn)槊摮?mol氧原子僅消耗1mol碳原子，且氫原子得以保留[40]。催化升級可在原位或非原位進(jìn)行。

3.1 金屬鹽

金屬鹽因?yàn)榧婢呶⒉ㄎ談┡c催化劑的雙重功能，在原位催化中應(yīng)用較多。金屬鹽在熱解催化過程中能提供大量的酸性位點(diǎn)，有利于生物質(zhì)催化熱解和產(chǎn)物調(diào)控。金屬鹽催化劑的使用通常會使生物油產(chǎn)率下降，生物油中的重質(zhì)組分減少和輕質(zhì)組分增加，其原因主要有3個(gè)：①金屬鹽的添加促進(jìn)生物油中的一些大分子量組分發(fā)生重聚反應(yīng)生成的焦炭和小分子氣體；②金屬鹽顆粒在一定程度上影響了生物質(zhì)本身的孔隙結(jié)構(gòu)，給生物質(zhì)顆粒的升溫帶來了阻力，促進(jìn)焦炭的生成，提高了固體產(chǎn)物產(chǎn)率；③金屬鹽添加促進(jìn)揮發(fā)分發(fā)生二次裂解[41]。目前，應(yīng)用較多的金屬鹽有金屬氯鹽、碳酸鹽和磷酸鹽，研究者常采用浸漬處理或物理共混合的方法原位催化制備高品質(zhì)生物油。

金屬氯鹽能促進(jìn)糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糠醛，其中ZnCl2和MgCl2也能有效地抑制其他化學(xué)品的產(chǎn)生，簡化生物油組分。Wan等[42]將MgCl2應(yīng)用于楊木微波原位催化熱解，隨著MgCl2的添加，糠醛含量逐漸增加，其他化學(xué)物質(zhì)減少，經(jīng)過8g MgCl2/100g干生物質(zhì)處理的楊木生物油的氣相質(zhì)譜總離子色譜圖中只有一個(gè)主要的糠醛峰，占光譜面積的80%左右。K2CO3促進(jìn)棉稈微波熱解油中乙酸和糠醛的形成，酚類含量減少，但其作用弱于MgCl2[41]。K3PO4能顯著改變生物油的化學(xué)成分，降低酸、酮、醛、呋喃的含量，尤其是對半纖維素衍生物，如2-呋喃甲醛、醛和無水糖有明顯的抑制作用，促進(jìn)其向焦炭轉(zhuǎn)化，而酚類和其他芳烴類化合物的含量顯著增加[43]。

糠醛是制備多種藥物和工業(yè)產(chǎn)品的重要原料，是重要的平臺化合物，可以被繼續(xù)催化轉(zhuǎn)化制備一系列的高附加值化合物，包括環(huán)戊酮、糠醇、四氫糠醇和2-甲基呋喃等，以MgCl2為催化劑微波催化熱解生物質(zhì)或可成為生產(chǎn)糠醛的重要途徑。但研究仍需深入，目前以金屬鹽為非原位催化劑微波熱解生物質(zhì)的研究較為缺乏，無法將微波吸收效應(yīng)與化學(xué)催化效應(yīng)區(qū)分開來。

3.2 金屬氧化物

金屬氧化物具有催化還原特性、多價(jià)態(tài)和一定酸性等特點(diǎn)，可在一定程度上提高生物油的品質(zhì)，尤其是在生物質(zhì)微波熱解過程中表現(xiàn)出優(yōu)良的脫氧能力。

堿性金屬氧化物CaO和MgO，是羧酸、羰基化合物酮化和醛醇縮合的活性催化劑。在微波熱解過程中，CaO、MgO對微波熱解過程中有機(jī)物裂解有較好的催化效果，Ca2+、Mg2+能與有機(jī)物的π電子體系相互作用，π電子云的穩(wěn)定性被破壞，導(dǎo)致C—H鍵和C—C鍵更易斷裂，降低了裂解的活化能，促進(jìn)生物油中小分子化合物的形成[44-45]。CaO對生物油的脫氧以脫羧反應(yīng)為主，能夠降低生物油的酸性，提高酮類物質(zhì)的相對含量，主要通過式(1)、式(2)實(shí)現(xiàn)[46]。CaO在污泥800℃微波熱解過程中對有機(jī)物的轉(zhuǎn)化具有較強(qiáng)的催化作用，芳烴產(chǎn)率可達(dá)16.7%，幾乎是不添加催化劑時(shí)的兩倍，脂肪烴含量也得到了提升[47]。在木質(zhì)素與低密度聚乙烯微波催化共熱解中，MgO不僅具有較強(qiáng)的熱解活性，還能促進(jìn)生物油中的酚類烷基化[48]。

除了堿性金屬氧化物，也有研究者采用過渡金屬氧化物作為生物質(zhì)微波熱解活性催化劑。過渡金屬的多價(jià)態(tài)，使其具有氧化還原特性。在原位催化過程中，過渡金屬氧化物不僅起到了催化作用，還可以提高微波輻射下的升溫速率。在污泥微波原位催化熱解過程中，NiO和Ni2O3的使用提高了微波熱解過程中的升溫速率，熱解氣體組分的增加與焦炭組分的減少密切相關(guān)，相比于無催化條件，生物油產(chǎn)率略有提升[49]。Fe2O3在微波熱解污泥的實(shí)驗(yàn)中，中溫?zé)峤獯龠M(jìn)了生物油的形成，提高了含氮脂肪烴的含量；高溫?zé)峤獯龠M(jìn)生物氣的形成；在微波的誘導(dǎo)條件下，F(xiàn)e2O3可以催化熱解過程中所產(chǎn)生的OH·和HO2·等自由基與苯酚進(jìn)行一系列反應(yīng)，降低苯酚的相對含量[45]。

酸性金屬氧化物Al2O3能夠有效地將來源于生物質(zhì)熱解的含氧化合物轉(zhuǎn)化成碳?xì)浠衔?，ZrO2具有特別強(qiáng)的裂化能力，可以在ZrO2上將焦炭前體分解成小分子化合物，Ce可以提高除氧效率和抗結(jié)焦能力[50-51]?；诖?，Zhang等[52]構(gòu)筑了Ce摻雜γ-Al2O3/ZrO2，對水葫蘆微波熱解蒸氣非原位升級，并比較了Ce摻雜γ-Al2O3/ZrO2、γ-Al2O3、γ-Al2O3/ZrO2的催化效果。與無催化劑相比，γ-Al2O3、γ-Al2O3/ZrO2、Ce摻雜γ-Al2O3/ZrO2三種催化劑均降低了生物油和焦炭產(chǎn)率，促進(jìn)了水和氣體形成，作用依次增強(qiáng)。Ce摻雜γ-Al2O3/ZrO2制得的生物油中烴類（脂肪族烴類+芳香族烴類）的相對含量（19.2%）是γ-Al2O3的兩倍，裂解能力最強(qiáng)。水葫蘆微波熱解蒸氣含氧片段通過催化劑層，接觸催化劑外表面活性酸位點(diǎn)和γ-Al2O3內(nèi)孔活性位點(diǎn)，通過烴池機(jī)制，發(fā)生一系列的脫氧反應(yīng)，包括脫水、脫羧和脫羰作用，轉(zhuǎn)化為烴。從生物油的收率和化學(xué)成分來看，Ce摻雜γ-Al2O3/ZrO2催化劑對生物油中烴類燃料的生產(chǎn)效果最好，具有良好的催化劑重復(fù)使用性能。

金屬氧化物雖然具有優(yōu)異的催化性能，但其酸性較弱，產(chǎn)物選擇性較差，而且使用金屬氧化物通常會增加氣體產(chǎn)率，這對于獲得高品質(zhì)的液體燃料是不利的。

3.3 ZSM-5催化劑

沸石分子篩催化劑因具有獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)及酸性，具有擇形催化以及良好的脫氧效果，可制備富含烴類的高品質(zhì)生物油，是目前生物質(zhì)微波催化熱解研究的重點(diǎn)。在眾多的沸石分子篩催化劑中，ZSM-5的總酸度和酸位（Br?nsted酸和Lewis酸）數(shù)量可以進(jìn)行調(diào)整，芳構(gòu)化能力強(qiáng)，具有催化制備高質(zhì)量的富含烴類的液體燃料的潛力[53]。

ZSM-5具有的三維雙十元環(huán)孔道結(jié)構(gòu)，分別為直形和正弦形孔道，正弦形孔道為0.51nm×0.55nm，直形孔道為0.53nm×0.56nm[54]。當(dāng)初級熱解蒸氣擴(kuò)散到ZSM-5催化劑的內(nèi)部孔隙時(shí)，它們會吸附在酸性位點(diǎn)上，通過C—O和C—C鍵的裂解釋放出氧轉(zhuǎn)化為烴類。此外，ZSM-5的孔徑與苯、甲苯、二甲苯的動(dòng)力學(xué)直徑相似，熱解中間產(chǎn)物可通過碳正離子機(jī)制轉(zhuǎn)化為芳烴，因此ZSM-5催化劑對芳烴的生成具有顯著的擇形作用[53,55]。HZMS-5的酸性位點(diǎn)可以促進(jìn)氧化物的脫羰、脫羧、裂解、烷基化、芳構(gòu)化以及異構(gòu)化。本文作者課題組[26,56]利用HZSM-5對皂腳微波催化熱解、皂腳與其他物質(zhì)共熱解進(jìn)行了一系列研究并對催化熱解工藝進(jìn)行了優(yōu)化，研究發(fā)現(xiàn)HZSM-5能促進(jìn)含氧化合物的脫氧，促進(jìn)芳構(gòu)化反應(yīng)和Diels-Alder反應(yīng)，從而加速芳烴形成。

ZSM-5具有高效脫氧和擇形催化的效果，但催化劑結(jié)焦失活、目標(biāo)產(chǎn)物選擇性不足等問題限制了它的使用。目前主要提出了4條路徑進(jìn)行改進(jìn)：①金屬氧化物或介孔催化劑與HZSM-5協(xié)同催化；②多級孔道構(gòu)建；③金屬負(fù)載改性；④表面活性位點(diǎn)鈍化。

ZSM-5是一種微孔材料，其孔徑約0.5nm，熱解中間產(chǎn)物大分子被阻止進(jìn)入孔隙，而在催化劑外表面聚合結(jié)焦，導(dǎo)致催化劑失活。金屬氧化物具有較強(qiáng)的催化裂解能力，能夠促使初始熱解揮發(fā)分朝著開環(huán)、裂解和重整等反應(yīng)路徑進(jìn)行[57]。介孔分子篩材料比微孔分子篩材料具有更大的孔徑，孔徑范圍為1.5～10nm，且具有較高的比表面積，允許大分子進(jìn)入催化活性位點(diǎn)，也能將大分子裂解轉(zhuǎn)化為小分子[58]。然后小分子中間產(chǎn)物進(jìn)入ZSM-5分子篩孔道內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步的催化轉(zhuǎn)化，可以有效降低ZSM-5的結(jié)焦率，延長催化劑壽命，提高芳烴的選擇性。目前主要通過雙催化劑協(xié)同或制成核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合催化劑來實(shí)現(xiàn)熱解蒸氣分級催化。CaO、MgO廉價(jià)易得，具有較強(qiáng)的裂解能力，與ZSM-5聯(lián)合使用是減緩ZSM-5結(jié)焦、促進(jìn)產(chǎn)烴的可行途徑[59-60]。MCM-41是常用的介孔催化劑，常用于與ZSM-5協(xié)同催化。Wu等[61]使用MCM-41和HZSM-5雙催化劑床層微波非原位催化共熱解皂腳和稻草，共熱產(chǎn)生的蒸汽首先進(jìn)入MCM-41介孔，通過脫羧、裂解等作用形成羰基化合物等小分子，再進(jìn)入HZSM-5微孔中進(jìn)行進(jìn)一步的分解、脫氧、芳構(gòu)化形成烴類。MCM-41∶HZSM-5為1∶1時(shí)，生物油中芳烴相對含量最大為80.33%，比HZSM-5單催化高9.59%，比MCM-41單催化高12.1%。Zhang等[62]以ZSM-5為基體采用了水熱晶化方法制備微介孔ZSM-5/MCM-41復(fù)合催化劑，以MCM-41為外層，以ZSM-5為內(nèi)芯。在ZSM-5/MCM-41體系中，由于介孔外殼是由ZSM-5堿溶出來的游離硅源合成，較高的NaOH濃度更有利于形成殼層的MCM-41結(jié)構(gòu)。但過高的NaOH濃度會導(dǎo)致ZSM-5的晶體結(jié)構(gòu)坍塌，從而抑制ZSM-5誘導(dǎo)的催化反應(yīng)。隨著NaOH濃度從1.5mol/L增加到3.0mol/L時(shí)，ZSM-5/MCM-41復(fù)合催化劑的外殼層MCM-41介孔結(jié)構(gòu)可以將更多的大分子氧合化合物（焦炭前體）裂解成小分子化合物，結(jié)焦受到抑制，結(jié)焦率逐漸下降；烴類相對含量先升高后降低，而含氧脂肪族化合物的相對含量先降低后升高。2mol/LNaOH合成的ZSM-5/MCM-41提高生物油中烴類的多樣性，表現(xiàn)出最好的烴類產(chǎn)率，芳烴所占比例最大（碳選擇性＞50%）。此外，ZSM-5/MCM-41較ZSM-5的脫氧能力強(qiáng)，且能促進(jìn)多環(huán)芳烴前體裂解，延緩多環(huán)芳烴的生成。ZSM-5/MCM-41復(fù)合催化劑催化制備芳烴機(jī)理如圖1所示。

圖1 ZSM-5/MCM-41復(fù)合催化劑催化制備芳烴機(jī)理[62]

生物質(zhì)催化熱解過程中形成的許多大分子含氧化合物，如丁香環(huán)芳烴、左旋葡聚糖等，無法進(jìn)入ZSM-5的微孔，導(dǎo)致催化劑表面形成焦炭。因此，有必要優(yōu)化這些大分子對ZSM-5的內(nèi)部活性位點(diǎn)可及性。堿溶硅處理法工藝比較簡單、成本低廉，在生成二次孔的同時(shí)可以調(diào)變沸石的Si/Al比，成為目前應(yīng)用最多的多級孔制備技術(shù)，常用的堿為NaOH、TPAOH（四丙基氫氧化銨）等。但是，堿處理法并不適用于所有分子篩，當(dāng)分子篩的Si/Al比在25～50時(shí)才能有效地通過堿處理的方法引入介孔，Si/Al比過低，Al的密度較高，從而保護(hù)了硅原子的脫除；Si/Al比過高，由于沒有Al的保護(hù)，使Si大量脫除，可能造成骨架坍塌[63]。NaOH堿性較強(qiáng)，所以在處理過程中對NaOH溶液的濃度需要嚴(yán)格把控，但該控制過程有一定的困難。有機(jī)堿處理溫和，與氫氧化鈉相比，有機(jī)堿的顯著優(yōu)點(diǎn)是只選擇性地去除催化劑外表面的強(qiáng)酸位點(diǎn)，而不去除孔內(nèi)的弱酸位點(diǎn)，從而達(dá)到精細(xì)調(diào)節(jié)的目的。此外，與NaOH處理相比，弱堿性處理在低濃度時(shí)對結(jié)構(gòu)破壞和酸性位點(diǎn)的去除較少[64]。Li等[65]比較了NaOH、TPAOH兩種堿處理后ZSM-5孔道及結(jié)構(gòu)的變化，并將其應(yīng)用于微波催化快速熱解稻殼。HZSM-5催化劑外表面的強(qiáng)酸性位點(diǎn)可導(dǎo)致結(jié)焦，而HZSM-5催化劑內(nèi)表面的弱酸性位點(diǎn)可促進(jìn)催化轉(zhuǎn)化為烴類，對焦炭的形成幾乎沒有影響。結(jié)果表明，TPAOH不顯著改變HZSM-5的孔隙結(jié)構(gòu)，減少了強(qiáng)酸性位點(diǎn)數(shù)量，在其外表面產(chǎn)生介孔結(jié)構(gòu)的同時(shí)保留內(nèi)表面的弱酸性位點(diǎn)。相比之下，NaOH不僅影響HZSM-5的外表面結(jié)構(gòu)，減少其強(qiáng)酸性位點(diǎn)的數(shù)量，還會導(dǎo)致HZSM-5結(jié)構(gòu)部分崩潰，減少弱酸性位點(diǎn)的數(shù)量。同為2.0mol/L堿濃度時(shí)，NaOH處理的HZSM-5的催化活性弱于TPAOH處理的HZSM-5，對單環(huán)芳烴的選擇性較低，結(jié)焦率較高。2.0mol/L TPAOH處理的催化劑表現(xiàn)出了較好的催化性能，烴類的相對含量高，苯、甲苯和二甲苯（BTX）的相對含量達(dá)到最大值58.6%，比HZSM-5（51.2%）和NaOH處理的HZSM-5（53.9%）高，連續(xù)3次使用，催化劑表現(xiàn)出良好的抗結(jié)焦性能和催化活性。

在ZSM-5上負(fù)載金屬納米粒子，可制備具有金屬活性中心和酸性活性中心的雙功能催化劑，其金屬位點(diǎn)有利于氫化和脫氧反應(yīng)，而酸性位點(diǎn)加速了異構(gòu)化過程[66]。適當(dāng)?shù)慕饘儇?fù)載可以有效改變分子篩催化劑的表面酸性，減少表面酸位點(diǎn)，尤其是強(qiáng)酸位點(diǎn)的數(shù)量，主要是由于金屬離子與質(zhì)子酸中心發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致質(zhì)子酸的減少，從而抑制結(jié)焦。ZSM-5框架中過量的金屬負(fù)荷降低了比表面積和強(qiáng)酸位點(diǎn)數(shù)量，限制了反應(yīng)物的擴(kuò)散，導(dǎo)致芳烴產(chǎn)率降低。生物質(zhì)熱解初級產(chǎn)物主要含有醛、酮、酸、酚等含氧化合物，金屬負(fù)載催化劑能抑制脫水反應(yīng)和促進(jìn)脫碳、脫羧反應(yīng)，具有較好的C—O斷鍵能力。不同金屬負(fù)載的ZSM-5脫氧效果順序?yàn)镚a-ZSM-5＞Zn-ZSM-5＞Ni-ZSM-5＞Co-ZSM-5＞HZSM-5[67]。與未進(jìn)行金屬負(fù)載改性的HZSM-5相比，過渡金屬Ga的加入增強(qiáng)了氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)烯烴環(huán)化反應(yīng)；當(dāng)HZSM-5與金屬鋅進(jìn)行改性時(shí)，單環(huán)芳烴含量顯著增加，甲苯選擇性提高，同時(shí)多環(huán)芳烴形成受到抑制；Ni改性的分級ZSM-5提高了芳烴中萘及其衍生物的選擇性[67]；Co/ZSM-5可以有效提高木質(zhì)素來源的酚類的選擇性[68]。不同金屬負(fù)載的催化劑催化效果不同，鋅負(fù)載的HZSM-5催化劑對單環(huán)芳烴的催化效果最為顯著。鋅改性催化劑，使ZSM-5中的部分質(zhì)子被鋅離子取代，新形成的Lewis酸通過活化C—H鍵刺激氫原子轉(zhuǎn)移，催化熱解蒸氣（中間產(chǎn)物）低聚生成芳烴[69]。Wang等[70]將Zn-ZSM-5用于微波非原位熱解道格拉斯冷杉球團(tuán)，在熱解條件最優(yōu)的情況下，ZSM-5與0.5%金屬鋅進(jìn)行改性時(shí)生物油中芳烴的相對含量可達(dá)89.92%。

金屬負(fù)載型ZSM-5的金屬和酸性位點(diǎn)提高了烴類的產(chǎn)率，從而提高生物油的熱值，降低催化劑的結(jié)焦率，但其負(fù)載的金屬容易生銹和腐蝕。貴金屬（金、銀、鉑、鈀）耐腐蝕，但價(jià)格昂貴。而且金屬納米粒子具有較高的表面自由能，在反應(yīng)底物接觸過程中極易聚集長大，大大地降低催化活性。制備具有高穩(wěn)定性及高催化活性的金屬納米粒子負(fù)載催化劑仍然是一大挑戰(zhàn)[66,71]。

鈍化HZSM-5催化劑外部酸位點(diǎn)并保持其內(nèi)部酸位點(diǎn)是一種抑制焦炭形成的有效方法。Du等[72]采用二元化合物浸漬法（BCI）和化學(xué)液相沉積法（CLD）對HZSM-5催化劑進(jìn)行了改性，用于竹材微波熱解蒸氣催化升級。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用化學(xué)液相沉積法時(shí)，TiO2沉積覆蓋催化劑的外部酸位點(diǎn)，而磷、鎳二元化合物通過浸漬法覆蓋并破壞部分表面酸位點(diǎn)。隨著改性劑用量的增加，生物油中芳烴的產(chǎn)率先升高后降低，而結(jié)焦量不斷減小。BTX（苯、甲苯和二甲苯）是生物油中最有價(jià)值的產(chǎn)物，與未進(jìn)行金屬負(fù)載改性的HZSM-5相比，化學(xué)液相沉積法和二元化合物浸漬法改性催化劑，BTX的催化活性分別提高了39.1%和22.6%?？紤]到催化性能和成本，化學(xué)液相沉積改性HZSM-5在微波催化快速熱解制油工藝中具有更大的優(yōu)勢。

3.4 微波驅(qū)動(dòng)型催化劑

針對催化劑在微波熱解非原位催化反應(yīng)體系中氣體通道中的高壓降和竄流效應(yīng)，以及床層內(nèi)部的擴(kuò)散和熱傳輸限制導(dǎo)致的不良二次反應(yīng)和催化劑失活問題，研究者研制了沸石/SiC泡沫陶瓷復(fù)合材料用于微波熱解油的催化升級。泡沫陶瓷是海綿狀的相互連接結(jié)構(gòu)，典型的孔隙密度為每英寸10～100孔隙，作為催化劑載體，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①低壓降；②催化劑均勻分散，改善了傳質(zhì)和傳熱[73]。ZSM-5/SiC泡沫陶瓷復(fù)合催化劑中ZSM-5粉末以分散催化劑薄層的形式生長在SiC泡沫陶瓷上，易于與熱解氣體密切接觸進(jìn)行催化重整反應(yīng)。該復(fù)合催化劑結(jié)合了ZSM-5催化性能和SiC的吸波性能，具有脫水、脫氧和芳構(gòu)化的能力，催化性能優(yōu)于ZSM-5和SiC泡沫陶瓷，在保持生物油產(chǎn)率的同時(shí)，顯著提高了芳烴選擇性和生物油的質(zhì)量，多次使用后仍能保持活性[74-75]。SiC具有高介電常數(shù)、高熱導(dǎo)率，所以沸石分子篩/SiC泡沫陶瓷復(fù)合材料是一種很好的微波驅(qū)動(dòng)型催化劑，在微波加熱下具有較高的催化活性，而且微波場中的熱點(diǎn)現(xiàn)象和等離子體效應(yīng)可以有效緩解催化劑結(jié)焦。Yu等[76]建立了熱解-催化微波串聯(lián)反應(yīng)體系在MCM-41/SiC泡沫陶瓷復(fù)合催化劑上對烏桕籽油進(jìn)行催化熱解。微波催化體系的建立減少了焦炭的生成，減少炭沉積，延長了催化劑的使用壽命，并將生物油的烴含量提高到94.833%（其中71.409%為芳烴）；與電加熱催化體系相比，生物油產(chǎn)率有所下降，但含氧化合物的相對含量從13.429%顯著降低至5.167%，酸與酯的相對含量明顯降低，芳烴和烯烴的相對含量分別增加了10.943%和6.194%，而烷烴的相對含量則減少了8.875%。

目前，關(guān)于微波驅(qū)動(dòng)型催化劑用于熱解催化重整的研究較少，其具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景，微波輻射對催化劑性能的影響還需要進(jìn)行深入研究。

3.5 其他催化劑

除了上述催化劑外，HY、MCM-41以及碳基催化劑也常被用于微波熱解蒸氣催化升級。微孔分子篩HY能促進(jìn)含氧中間體向芳烴的有效轉(zhuǎn)化，但其催化活性弱于HZSM-5，應(yīng)用于催化熱解塑料具有優(yōu)良的效果，可將熱解溫度從460℃（不加催化劑）降至430℃，生成無蠟質(zhì)的原油，其原油含有較高的汽油餾分[77-78]。介孔分子篩MCM-41可讓大分子化合物在孔隙中擴(kuò)散和反應(yīng)，產(chǎn)生碳數(shù)分布廣泛的烴類產(chǎn)品，但其酸性較弱，水熱穩(wěn)定性差，常通過金屬改性以增加其酸性或與其他催化劑協(xié)同催化[79]。碳基催化劑——生物炭和活性炭，成本低，具有酸性和含氧官能團(tuán)功能，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育良好，對酚類具有良好的選擇性。Fe改性的碳基催化劑具有強(qiáng)酸性位點(diǎn)，鐵的存在促進(jìn)脫甲氧基化和脫甲基化反應(yīng)，提高了脫氧產(chǎn)物的選擇性，使熱解獲得較高的苯酚和甲酚選擇性，催化性能優(yōu)于工業(yè)活性炭[80-81]。

4 結(jié)語與展望

生物質(zhì)微波熱解制備液體燃料和化學(xué)品具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景，是生物質(zhì)高值化利用的一條有效途徑，但熱解機(jī)理復(fù)雜、液體燃料性質(zhì)不穩(wěn)定、目標(biāo)產(chǎn)物選擇性的影響因素較多、催化劑易結(jié)焦失活、重復(fù)性差等問題，成為目前生物質(zhì)微波熱解轉(zhuǎn)化面臨的挑戰(zhàn)。本文從原料特性、微波吸收劑、催化劑三個(gè)方面就如何通過微波手段提高生物油的品質(zhì)和化學(xué)品選擇性進(jìn)行分析和探討。生物質(zhì)微波熱解技術(shù)已經(jīng)取得重大的進(jìn)展，但要將該技術(shù)擴(kuò)大到大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用仍比較困難。就目前的難題與未來發(fā)展提出以下展望。

（1）微波吸收劑可以強(qiáng)化傳熱，提高升溫速率，從而強(qiáng)化熱解過程的進(jìn)行。傳統(tǒng)的生物質(zhì)微波熱解體系單純追求升溫快而引起部分“熱點(diǎn)”負(fù)效應(yīng)，導(dǎo)致?lián)]發(fā)分發(fā)生二次裂解。今后研究中，應(yīng)開發(fā)高效復(fù)合微波吸收劑控制微波吸收劑的微波吸收能力，緩解甚至避免微波“熱點(diǎn)”負(fù)效應(yīng)以實(shí)現(xiàn)快速熱解生物質(zhì)制備液體燃料的目的。

（2）針對現(xiàn)有催化劑易結(jié)焦失活、重復(fù)性差以及某些催化效果優(yōu)良但價(jià)格昂貴等問題，構(gòu)筑高效價(jià)廉的催化劑仍是研究的熱點(diǎn)。微波驅(qū)動(dòng)型催化劑應(yīng)用于微波催化生物油提質(zhì)顯示出比常規(guī)催化劑更優(yōu)良的催化效果，但其與微波場協(xié)同效應(yīng)的理論研究尚且缺乏，今后應(yīng)進(jìn)行深入研究。

（3）生物質(zhì)微波熱解過程中釋放的有害物質(zhì)，如氯化烴、HCN等污染環(huán)境，危害人體健康。因此，如何有效抑制有害物質(zhì)的產(chǎn)生是生物質(zhì)微波熱解應(yīng)用的關(guān)鍵?；蚩蓮拇呋瘎┤胧?，實(shí)現(xiàn)有害物質(zhì)無害化轉(zhuǎn)化，或?qū)ふ腋咝絼?，對有害物質(zhì)進(jìn)行捕集。