随着汽车行业的快速发展，废轮胎（WTs）的产量逐年增加，成为一个紧迫的环境和社会问题。据报道，全球每年产生的废轮胎数量约为10亿条[1]。作为典型的有机固体废物，废轮胎主要由天然橡胶、合成橡胶、碳黑、钢丝以及硫化剂、抗老化剂和填料等多种添加剂组成[1][2]。虽然报废轮胎不再适合用作汽车零部件，但其核心成分——橡胶和碳黑仍具有极高的回收价值[3]。
废轮胎的热解是将它们转化为高价值资源的重要方法[4][5][6][7]，其中热解油具有最高的经济价值，直接影响热解的经济效益[8][9][10][11]。然而，现有的传统热解技术普遍存在传热效率低或对轮胎颗粒大小要求严格的问题，导致破碎成本和能耗较高[12][13]。此外，由于热解过程中温度梯度大且热量和质量传递方向相反，热解油的产量和质量较低[14][15][16]。相比之下，微波热解作为一种有效的替代技术[17]，可以减少副反应，提高热解油的产量和质量[17][18][19]。尽管废轮胎中的橡胶不具备吸收微波的能力，但其主要成分碳黑是一种强极性材料，能够快速吸收微波并将其转化为热能，从而保证微波热解的持续进行[20][21][22]。此外，在微波热解前进行预膨胀处理可以加深热解程度，提高热解油产量并改善产品质量[18][23]。尽管微波膨胀热解技术可以降低反应难度并提高热解效率，但其对热解产物的选择性相对有限。催化热解作为一种改进废轮胎热解油质量的技术[24][25]，根据催化剂性质和操作条件的不同，可能促进或抑制油产率；总体而言，它能提高热解油和热解气体的选择性，并提升油的质量。研究表明，添加沸石催化剂可以缩短反应时间，提高废轮胎的转化率，并增加热解油中轻质油的含量[26][27][28]。当使用热解碳黑（CB）作为催化剂时，不仅可以提高热解油的总体质量，还能增加其中单环芳烃（MAHs）的含量并降低多环芳烃（PAHs）的含量[29]。由于碳黑来源于废轮胎，具有优异的微波吸收能力和多孔碳结构，因此与微波辅助热解系统具有良好的兼容性，并具有原位再利用的潜力。此外，金属离子负载改性是一种常用的催化剂优化方法，可以通过调整载体催化剂的孔结构和酸度来有效提高催化活性。相关研究表明，铜改性的沸石分子筛催化剂可以提高热解油中单环芳烃的转化率[30][31]。比较研究还发现，热解油的质量与催化剂载体的性质密切相关，引入镍离子可以降低热解油中的硫含量[32][33][34]。基于这些考虑，本研究中选择镍作为改性剂，以进一步调节碳黑的表面性质和催化行为，旨在实现更好的产物分布和油质。
目前，催化剂对废轮胎微波膨胀热解及其产油组成的影响尚不明确，尤其是微波加热、预膨胀处理和原位催化之间的耦合机制。柠檬烯是废轮胎热解过程中从天然橡胶解聚产生的最具代表性的增值化合物之一。由于其形成和降解过程对反应条件和副反应非常敏感，因此常被用作热解选择性的指标。本文提出了一种称为“催化耦合微波膨胀热解”的策略，选用轮胎来源的碳黑作为微波响应性和可回收的催化剂，并引入镍来改性其表面性质。通过CB/Ni-CB体系研究了富含柠檬烯的油的选择性调控。Ni-CB中的弱酸位点有利于柠檬烯的生成。本研究旨在探讨微波加热、预膨胀处理和催化的协同效应，以及废轮胎热解过程的优化。
