典型溴系阻燃電子塑料的熱解—催化提質(zhì)實驗研究.pdf

1、電子廢棄物作為一種新型迅速發(fā)展的固體廢棄物，其中不僅含有大量的貴重金屬和塑料，同時還存在著大量的有毒有害物質(zhì)。因此，尋求對電子廢棄物合理處置的方法已經(jīng)成為了國內(nèi)外共同關(guān)注的目標。作為一種潛在的二次資源和高危污染源，對電子廢棄物中阻燃電子廢塑料采取高效低污染的無害化處置，可以有效地緩解環(huán)境壓力，同時可以實現(xiàn)資源化再利用，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。目前，熱解技術(shù)作為一種將電子廢塑料轉(zhuǎn)化為燃料或化工原料的方法，被認為是最具前景的原料回收策

2、略之一。但傳統(tǒng)的熱解技術(shù)對阻燃廢塑料熱解回收過程中并不能實現(xiàn)熱解油等產(chǎn)物的脫鹵凈化，嚴重阻礙了電子廢塑料的原料回收利用。
　　本文提出對典型阻燃電子塑料采用催化熱解和熱解—催化提質(zhì)處理技術(shù)。在研究其熱解特性的基礎(chǔ)上，進一步探討阻燃電子塑料催化熱解和熱解—催化提質(zhì)過程中熱解產(chǎn)物分布特性和產(chǎn)物中溴的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，為阻燃電子廢塑料的原料回收方法提供新的理論和思路。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　本文制備了兩種典型的阻燃電子塑料Br-H

3、IPS和Br-ABS，并采用熱重分析儀研究其熱解特性。研究發(fā)現(xiàn)兩種阻燃電子塑料主要存在兩個熱失重階段，均為低溫階段（320-340℃）阻燃劑的熱解釋放和高溫階段（410-430℃）母料的降解。選取阻燃Br-ABS研究其熱解動力學(xué)模型，利用等轉(zhuǎn)化率法—Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger-Akahira-Sunose法和Friedman法求得Br-ABS熱解過程反應(yīng)活化能，同時采用Coats-Redfern法對Br-AB

4、S熱重曲線進行擬合優(yōu)化求解“動力學(xué)三因子”。通過動力學(xué)補償效應(yīng)對活化能變化的效應(yīng)進行補償處理，所建立的包含兩個連續(xù)反應(yīng)的動力學(xué)模型（隨機成核和隨后生長模型與三級反應(yīng)模型）能夠很好地解釋和預(yù)測阻燃塑料的熱解過程。
　　本文選用三種微孔分子篩催化劑（HY、Hβ和HZSM-5）和兩種介孔催化劑（MCM-41和γ-Al2O3）對阻燃電子塑料展開催化熱解實驗研究。首先利用比表面積及孔徑分析（BET）、X-射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM

5、）和NH3的吸附脫附（NH3-TPD）等多表征手段對催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)進行表征。結(jié)果表明，這五種催化劑均為結(jié)構(gòu)各異的固體酸催化劑，有著不同的形貌結(jié)構(gòu)和酸位點。在固定床實驗臺架上分別對阻燃Br-HIPS和Br-ABS進行催化熱解實驗研究，重點考察不同催化劑條件下阻燃塑料的催化熱解特性，產(chǎn)物分布以及熱解產(chǎn)物中溴的分布特性。研究發(fā)現(xiàn)，阻燃塑料熱解的主要產(chǎn)物為液體產(chǎn)物，包括熱解油和粘稠物wax。在相同實驗條件下，分子篩催化劑強烈的催化裂解特性

6、會顯著降低阻燃塑料熱解油的產(chǎn)率，同時，因其獨特的微孔結(jié)構(gòu)和酸強，分子篩催化劑對阻燃Br-HIPS和Br-ABS熱解產(chǎn)物表現(xiàn)出強烈的擇形選擇性，而介孔催化劑MCM-41在催化裂解過程中有利于阻燃塑料向熱解油轉(zhuǎn)變。另外，添加催化劑均會不同程度降低阻燃塑料熱解油中的溴含量，而催化劑的催化脫溴活性會受到阻燃塑料中不同的阻燃劑類型和含量的影響。對阻燃塑料原料回收率研究發(fā)現(xiàn)，HZSM-5和MCM-41這兩種催化劑具有較高的原料回收率，有利于實現(xiàn)阻燃

7、塑料的原料回收?；谧枞糂r-HIPS和Br-ABS催化熱解實驗結(jié)果，本文探討了以PS為基體，阻燃劑和增效劑以及催化劑三者之間的關(guān)聯(lián)性和阻燃塑料催化熱解機理。
　　選取分子篩ZSM-5和MCM-41催化劑并進行改性處理，浸漬法制備改性催化劑Fe/ZSM-5、Ni/ZSM-5、Fe/MCM-41和Ni/MCM-41，并通過多種表征手段對改性催化劑進行形貌結(jié)構(gòu)和酸位點等表征。在兩段式固定床實驗臺架上分別對阻燃Br-HIPS和Br-AB

8、S展開熱解—催化提質(zhì)實驗，分別研究不同孔隙結(jié)構(gòu)和負載活性物質(zhì)的催化劑對Br-HIPS和Br-ABS熱解產(chǎn)物的分布特性和脫溴性能的影響。結(jié)果表明，不同改性催化劑對阻燃塑料熱解中間產(chǎn)物表現(xiàn)出不同的催化提質(zhì)特性。以ZSM-5為載體的改性微孔催化劑高度的微孔結(jié)構(gòu)和強酸性，有利于促進阻燃塑料催化裂解反應(yīng)和熱解產(chǎn)物中有機溴的裂解釋放。介孔催化劑MCM-41一定程度上有利于保證熱解油的產(chǎn)率，而改性介孔催化劑則表現(xiàn)出更加出色的催化裂解特性和脫溴性能。負