生物質(zhì)與聚乳酸塑料共熱解特性研究.pdf

1、隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，生物質(zhì)能作為一種低硫、低氮以及二氧化碳“零排放”的清潔和可再生能源，逐漸受到了研究者的重視。生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)是生物質(zhì)能源利用研究的一個(gè)重點(diǎn)，其中生物質(zhì)熱解是一種轉(zhuǎn)化生物質(zhì)到熱解油、固體炭和可燃?xì)獾母咝мD(zhuǎn)化技術(shù)。熱解油具有能量密度高、存儲(chǔ)和運(yùn)輸與燃料油相似等特點(diǎn)，并可以精制成燃料油或者化學(xué)產(chǎn)品；固體炭可以制取活性炭用于吸附分離過程；而具有中低熱值熱量的可燃?xì)饪梢杂脕硌a(bǔ)充熱解反應(yīng)所需要的部分熱

2、量。 生物質(zhì)熱解所得熱解油常常含有較高的水分含量，這是熱解油的主要缺點(diǎn)之一。提高生物油的適用性以及競爭力，減少生物油的水分含量和氧含量，提高熱值是生物油主要精制目的；通過共熱解技術(shù)可以部分實(shí)現(xiàn)此目的。生物質(zhì)與石油基塑料共熱解已經(jīng)被廣泛研究，而可生物降解聚乳酸塑料作為特殊的塑料品種，應(yīng)用前景廣泛。即使此類塑料具有可降解性，但是絕大多數(shù)此類塑料廢棄之后仍被認(rèn)為是一種固體廢棄物。通過生物質(zhì)與聚乳酸塑料共熱解可以提高生物質(zhì)熱解油產(chǎn)率，降

3、低含水率和提高熱值。該技術(shù)可作為廢棄聚乳酸塑料處理的替代方法或作為生物質(zhì)熱解處理的升級(jí)處理技術(shù)。本論文研究將著眼于探索生物質(zhì)與聚乳酸塑料的共熱解研究，具體研究內(nèi)容與結(jié)果如下： (1)利用熱重分析，研究了三種木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)玉米芯(CC)、核桃殼(WS)、自松(PS)與聚乳酸塑料共熱解特性。研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)樣品主要降解溫度區(qū)間在220～400℃，而聚乳酸塑料(PLA)和生物質(zhì)具有明顯不同的熱解特性，主要在300～372℃范圍內(nèi)發(fā)

4、生劇烈熱解，相比生物質(zhì)熱解溫度范圍較窄。在300～400℃溫度區(qū)域內(nèi)，三種生物質(zhì)樣品與聚乳酸塑料的混合物，在熱解過程產(chǎn)生了不同程度的耦合作用。其中WS/PLA、CC/PLA較PS/PLA的耦合作用更為明顯。另外，對(duì)共熱解進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析表明：采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型結(jié)合Arrhenius定律能很好地?cái)M合生物質(zhì)樣品和聚乳酸塑料熱解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；而生物質(zhì)/聚乳酸塑料混合熱解則應(yīng)采用1至2個(gè)連續(xù)一級(jí)反應(yīng)模型來描述。 (2)采用TGA/FTI

5、R、Py-GC/MS聯(lián)用技術(shù)研究了玉米芯的氣體釋放過程及其熱解產(chǎn)物分布。研究表明，玉米芯在220～400℃區(qū)間發(fā)生劇烈熱解反應(yīng)，DTG曲線在339℃時(shí)出現(xiàn)最大值。熱解氣體的逸出情況由FTIR進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并且定性分析了CH4，CO2，CO和有機(jī)物的析出情況。Py-GC/MS聯(lián)用技術(shù)用來分析玉米芯熱解產(chǎn)物分布，結(jié)果表明酚、呋喃、酮及其衍生物是主要降解產(chǎn)物。 (3)采用TGA/FTIR、Py-GC/MS聯(lián)用技術(shù)研究了聚乳酸塑料的氣體

6、釋放過程及其熱解產(chǎn)物分布。研究表明，聚乳酸塑料在300～372℃區(qū)間發(fā)生劇烈熱解反應(yīng)，DTG曲線在359℃時(shí)出現(xiàn)最大值。熱解氣體的逸出情況由FTIR進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并且定性分析了CH4，CO2，CO和有機(jī)物等產(chǎn)物的析出情況。Py-GC/MS聯(lián)用技術(shù)用來分析聚乳酸塑料熱解產(chǎn)物分布，分析表明醛、酮、酯及低聚物是主要降解產(chǎn)物。 (4)通過TGA/FTIR聯(lián)用實(shí)時(shí)考察了玉米芯，聚乳酸塑料及其二者混合條件下的熱解氣體析出特性，F(xiàn)TIR分析發(fā)

7、現(xiàn)玉米芯與聚乳酸塑料在共熱解條件下存在明顯的耦合作用。通過自制快速固定床熱解反應(yīng)器研究了玉米芯與聚乳酸塑料的共熱解。結(jié)果表明，玉米芯與聚乳酸塑料的共熱解使熱解油產(chǎn)率和熱值增加，麗水分含量在降低。并且對(duì)共熱解生物油進(jìn)行了FTIR，1HNMR，GC分析與表征。 (5)熱解生物質(zhì)后的固體殘?jiān)罨瘜?shí)驗(yàn)以及吸附實(shí)驗(yàn)表明，以水蒸氣為活化劑，可以制得吸附重金屬效果良好的吸附劑。系統(tǒng)研究了吸附接觸時(shí)間、溶液初始濃度、溶液pH值、吸附劑質(zhì)量以及溫