抗生素是来自医疗、农业和畜牧业使用的新兴环境污染物，持续进入生态系统，对全球生态和健康构成威胁。2000年至2015年间，全球抗生素消耗量增加了65%，预计到2030年将增加200%[1]，其中中国生产的抗生素约占全球总量的70%（约248,000吨/年）[2]。高达30–90%的施用抗生素以原化合物和代谢物的形式进入废水系统。污水处理厂（WWTPs）通过吸附和活性污泥系统中的生物降解部分去除这些物质，但由于抗生素的疏水性和难降解性，它们往往会在污泥中积累。污泥保留了50–90%的进水抗生素，使其成为主要的污染源。然而，目前的WWTPs无法完全防止抗生素的迁移，中国面临含抗生素污泥（AS）处理能力的75–85%缺口。因此，AS成为抗生素抗性基因（ARGs）通过废水排放或土地施用传播的关键媒介。
环境监测在水生、土壤和生物基质中持续检测到抗生素及其代谢物[3]。它们的环境持久性破坏了微生物群落，并通过选择压力推动了ARGs的传播[4]，[5]。据预测，到2050年抗生素抗性将导致每年1000万人死亡，世界卫生组织将其列为重大全球健康危机[6]。尽管中国将AS归类为危险废物（HW02类别），但其传统处理方法有限。厌氧和好氧消化仅能去除33–53%的抗生素（例如庆大霉素和阿莫西林）[7]，且无法抑制ARGs。堆肥还会进一步富集土壤中的ARGs[8]，而焚烧虽然可以消除病原体，但可能释放NO?、SO?、二噁英和挥发性金属[9]。鉴于AS兼具高风险（高污染物负荷）和潜在资源（高有机含量）的双重性质，结合风险缓解和资源回收的集成策略对于推动循环生物经济至关重要。
热解提供了一种有前景的替代方法，能够实现超过99.9%的ARGs失活，并产生增值的生物炭、油和气体[10]。然而，由于高氧含量、氮/硫杂原子的存在、腐蚀性和结焦倾向，这些产品的质量常常受到影响，这些因素源于AS的高O/C比和低H/C比。这些限制导致了酸性焦油、H?S和NH?等气态副产物的形成，以及低价值的残余碳。本研究专注于通过催化脱氧（例如通过分子筛裂解）和水热热解（HyPy）来提高产品质量，实现脱羧、脱氮和脱硫。
催化剂通过降低活化能、调节反应路径和提高产品质量，从而带来能源、经济和环境方面的多重效益。现有催化剂分为三类。首先，基于碳的催化剂（例如活性炭）利用表面官能团（-COOH和-OH）和孔隙限制进行脱氧和芳香化。然而，它们的弱酸性和易受碳沉积的影响导致快速失活[11]。其次，金属氧化物（例如CaO和Al?O?）利用路易斯酸碱位点去除氧气并裂解重质组分，但存在烧结和硫中毒的问题[12]。最后，分子筛（例如HZSM-5和Hβ）通过布伦斯特酸性和形状选择性实现目标芳香族化合物的生成。
HZSM-5的中等孔径和强酸性适合轻质芳香族化合物的生成，而Hβ的大尺寸3D孔径可以容纳大分子氧合物[13]。然而，它们对碱和碱土金属（AAEMs）以及碳沉积的敏感性限制了其工业应用[14]，[15]。相比之下，碱性催化剂对AAEMs的耐受性更强，并以CO?、H?O或CO的形式去除氧气，生成C/H比更高的生物油[16]。因此，需要开发能够克服这些矛盾的新催化剂。尽管双催化剂策略在理论上具有优势，但其工业化应用受到技术和经济瓶颈的限制。主要挑战在于催化剂再生的操作复杂性。当金属氧化物和沸石物理混合时，由于它们不同的物理性质和失活速率，分离它们进行针对性再生非常困难[14]。虽然沸石主要通过焦炭沉积失活，需要氧化再生，但碱性氧化物（例如CaO）通过碳酸钙（CaCO?）的形成需要高温煅烧[11]。此外，混合床中的不受控制的固-固相互作用可能导致孔隙堵塞或活性位点被掩蔽，从而抵消催化效益[17]。这些复杂性增加了反应器设计的资本和运营成本，解释了为什么它们的探索大多停留在实验室规模。
金属氧化物与分子筛的结合通过实现功能分离和协同级联反应，克服了单一催化剂的局限性[17]。在这种双催化剂中，金属氧化物组分首先将大分子中间体转化为低分子量的氧合物，然后这些产物迁移到分子筛组分（例如HZSM-5/Hβ）中，在那里进一步进行脱氧和芳香化，生成目标化合物[18]。金属氧化物的催化作用取决于其化学性质：酸性氧化物（Al?O?和SiO?）促进脱水[19]；碱性氧化物（CaO和MgO）催化酮化[16]；过渡金属氧化物（ZnO、CuO和Fe?O?）促进裂解[21]。例如，Che等人[20]证明Al?O?/HZSM-5和CaO/HZSM-5在芳香族选择性方面优于单独使用HZSM-5。Ding等人[22]报告使用CaO/HZSM-5将酸转化为酮的转化率从27%提高到40%。Zheng等人[23]实现了72%的单环芳香族化合物产率，而Tahir等人[24]在卷心菜热解过程中观察到转化率从77.15%提高到85.08%，芳香族化合物产量增加了17%。
CaO既作为增强烃类的催化剂，又作为CO?/S气体的吸收剂，为热解提供了经济和环境优势[25]，[26]。当与HZSM-5结合时，CaO将重质组分裂解为较小的氧合物，HZSM-5进一步将其转化为烃类。这种级联反应减少了结焦，提高了烃类产量，并缓解了催化剂失活和成本问题，从而实现了可扩展的污泥热解。在双催化剂中用层状HZSM-5替代微孔HZSM-5已被证明可以提高芳香族化合物的产量[17]。作为自上而下的后合成处理，碱脱硅可以创建辅助的介孔，改善大分子氧合物向活性位点的扩散，提高转化率。例如，Zhou等人[27]证明脱硅后的HZSM-5提高了甲醇转化为芳香族化合物的效率和寿命。Xing等人[28]报告碱改性的HZSM-5具有更高的烃类选择性。Veses等人[29]提高了生物油升级过程中的脱氧效率。Deng等人[30]通过适度脱硅优化了孔结构，从而提高了连通性、抗焦性和催化剂稳定性。Ding等人[31]和Chen等人[32]证明层状孔系统在生物质快速催化热解中，将苯、甲苯和二甲苯（BTX）的选择性提高了15–20%。
尽管在生物质热解中证明了其益处，但尚未有系统地将CaO-层状分子筛双催化剂应用于AS热解的报道。此外，控制AS热解的选择性裂解机制仍不甚明了。因此，本研究首次引入了CaO-层状HZSM-5/Hβ双催化剂用于AS热解，旨在阐明温度-催化剂协同作用对产物分布的影响。具体目标是：（1）开发和表征新型脱氧催化剂；（2）研究布伦斯特酸位点及其在AS热解中的作用机制；（3）为AS资源化建立科学基础。本研究的结果为从危险废物中回收清洁能源、催化生成高价值燃料以及可持续环境管理提供了实际见解。
