黑液是现代造纸工业产生的主要污染物，每年产量超亿吨。因其高化学需氧量、强碱性和深颜色，黑液的直接排放会对生态环境造成严重的破坏。纵然通过煮沸、气化和热解等传统方法可对黑液加以回收和利用，也会产生大量碳排放以及硫氧化物、氮氧化物等污染物，并消耗大量能源。近年来兴起的超临界水气化法（SCWG）可在避免产生上述污染物的情况下由黑液得到富氢气体，但其缺陷在于操作压力过高（> 22.1 MPa）和氢气出纯度不高（< 70%）。为此，亟需开发一种条件温和且能够将黑液转化为高纯氢气的方法。

大量研究表明，吸附增强蒸汽重整（SESR）技术可将多种生物质原料一步转化为高纯氢气，其关键在于开发高活性、高稳定性的重整吸附剂和CO₂吸附剂。

近期，华南理工大学余皓教授课题组提出利用该技术将黑液一步转化为高纯氢气。以高性能的Ni-CaO-Ca₁₂Al₁₄O₃₃双功能材料为催化剂和吸附剂，在优化的工艺条件（10 wt% Ni、T = 550 °C、p = 1 atm、S/C = 9.89、GSHV = 4490 h^-1）下，可在5圈反应-脱附循环中制得纯度为96%的氢气，产率可达0.9 mol H₂/mol C。同时，黑液中的硫元素可以CaSO₃的形式储存于固相当中，有效避免了其直接排放对环境的污染。

图1. （a）温度、（b）水碳比和（c）气时空速对黑液吸附增强蒸汽重整（SESRBL）性能的影响，（d）典型的SESRBL产物浓度随时间变化曲线。

此外，研究人员亦发现催化剂及吸附剂在多圈循环中的烧结、团聚和积碳是导致黑液吸附增强蒸汽重整性能下降的主要因素，且黑液中Na、K等元素在催化剂及吸附剂表面的不断沉积亦可能与此相关。该研究阐明了将黑液转化为高纯氢气的可行性，对于工业污染治理具有较好的借鉴意义。

图3. 黑液吸附增强蒸汽重整制氢示意图。

文章以“Production of high-purity hydrogen from paper recycling black liquor via sorption enhanced steam reforming”为题，在Green Energy & Environment期刊发表。华南理工大学博士生李函珂和硕士生吴世杰为论文共同第一作者，通讯作者为华南理工大学余皓教授。

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https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.07.002