聚氯乙烯等塑料废弃物热解特性及动力学研究

【摘要】：含氯废塑料的热解制备燃料油技术在环境和资源两方面都具有很好的发展前景，对含氯废塑料热解特性的研究将为该技术进一步工业化提供理论依据。本文选取了四种典型的塑料样品，进行了一系列热解特性研究和动力学分析。包括： （1）通过热分析技术研究了PVC、PP、LDPE和HDPE的单组分样品的热解特性。依据不同升温速率条件下的热重实验数据，采用Friedman法和Malek法研究了热解过程的非等温动力学。PVC的热解主要分为两个阶段，第一阶段主要为HCl的脱除，第二阶段为多烯烃链的断裂，产生多种稠环芳烃，总残渣量约为10%。其热解机理主要为小分子消除反应和较高温度下的多烯烃链成环反应。PP及PE的热解只有一个失重过程，温度区间窄，残渣量非常小。其热解机理主要为分子链的无规断裂，依据反应条件的不同生成碳原子数为9-30的烷烃片段。 （2）采用多种金属氧化物吸收PVC热解过程中产生的HCl，结果表明ZnO对HCl的吸附效果最好。通过热重分析、固定床热解实验、红外测试和电导率法等手段对热解产物进行了分析，并计算了热解过程的动力学参数，为金属氧化物类脱氯剂的筛选提供了依据。 （3）研究了PVC在有氧气氛下的热解特性并进行了动力学分析。PVC在空气中热解（燃烧）时，O_2的存在对第一热解阶段有一定影响，使第二热解阶段多烯烃链的断裂反应活化能提高，最终残渣量1%。 （4）选取了木屑与盐藻两种生物质材料，研究了塑料与生物质共热解特性并对共热解过程进行了动力学分析。PVC与木屑混合时，在240-400℃范围内，二者存在协同效应，共热解最终残炭量增加。PVC与木屑共热解时，主要反应机理为HCl催化下纤维素脱水和双键形成反应，其反应机制为Lewis酸催化。PP、LDPE与木屑共热解时塑料对生物质产生包覆作用，热解初期抑制了挥发份的逸出。HDPE在与木屑的共热解过程中起到架桥作用，促进了体系的传质传热过程。两种PE与木屑共热解最终残渣量较少，PP与木屑共热解残渣量无明显变化。塑料与盐藻混合热解行为与木屑明显不同，残渣量变化趋势与塑料和木屑共热解相反。 本文进行了含氯塑料等废弃物的热解特性研究及动力学分析，这些工作为城市固体废弃物的处理及资源化回收再利用提供了参考依据，并为热解技术的规模化、工业化提供了基础数据支持。