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《天津大学》 2003年
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用超临界水氧化降解塑料的研究

王军  
【摘要】: 塑料因具有质轻、强度高、耐腐蚀等优良性能,已成为材料领域的四大支柱之一,但使用塑料所造成的“白色污染”却是当前棘手的环境问题。 超临界流体技术作为一种新兴的学科领域,是当今科学研究的热点课题。由于超临界水(SCW)具有许多独特的性质,可以使废塑料发生降解或分解,是有希望解决白色污染的环境友好的化工工艺过程。 本文在自行设计的高压反应装置中,以目前需求增长最快的聚丙烯在SCW中的降解反应为主,研究该反应的主要特性,为SCW在塑料废弃物处理领域的应用提供有价值的依据。 对于聚丙烯母粒在SCW中的降解反应来说,降解反应能够发生的最低条件是反应的温度和压力要超过水的临界温度和压力。聚丙烯在水中的降解反应的诸多影响因素中,反 WP=5 应温度是一个重要影响因素。温度越高,PP的降解程度越好,气体产物收率越大,油产物的粘度越小。但在410℃以上时,液态产物碳化非常严重。反应时间是一个比较重要的影响因素。反应时间越长,PP的降解程度越好。在390℃时,反应时间在4~5小时左右,可以得到品质较好的轻组份油产物。水与聚丙烯质量比(原料配比)也是影响反应的一个因素。原料配比越大,降解反应越容易进行。反应压力是影响反应的一个不重要的因素。本实验得到的最优反应条件为反应温度应390℃、原料配比为5:1,反应时间为5小时。 聚丙烯塑料在上述条件下也可得到理想的油产物,所得气相产品主要为C3~C5的烃类,油产品为汽、柴油混合馏分,蜡油产物很少。聚乙烯塑料需要在410℃,原料配比5:1,反应5小时才能得到较好的油品,但油品品质相对较差,蜡油产物很多;所得气相产品主要为C3~C5的烃类,其平均摩尔质量比聚丙烯降解的要小。聚苯乙烯在410℃下也可以降解,但是所得产物分布、性能与聚丙烯降解所得差别很大,还需要做更深入的研究,才能对该反应有较深了解。 聚丙烯在SCW中的降解反应可认为是自由基链反应机理,不可逆无规断裂反应,反应级数近似为一级。本文在合理的简化假设基础之上,提出了聚丙烯在SCW中降解反应网络,建立了六集总动力学模型,并提供了动力学参数估算的解析和数值解法,为今后设计计算提供了实用的方法。
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