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塑料熱解物在城市有機廢棄物制備活性炭中的作用

發布時間:2020/08/03

  塑料熱解物在城市有機廢棄物制備活性炭中的作用解立平,林偉剛,楊學民(中國科學院過程工程研究所,北京100080)明:在料條制備過程中,塑料熱解物具有潤滑、粘結作用,可有效地減少焦油粘結劑的用量;在料條炭化階段,由于塑料熱解物的熱解、析出,使炭化料條具有發達的孔隙(閉合)結構,*終使在隨后的活化過程中加快活化反應速度,提高活性炭的吸附性能;塑料熱解物在活性炭孔結構的形成和發展過程中,具有一定的調節作用。
  垃圾直接焚燒是實現城市垃圾能源化、減量化的有效手段,并為世界各國所采用。然而垃圾的直接焚燒會產生兩大問題,其一是在垃圾焚燒過程中會產生二惡英的超標排放,嚴重污染環境;其二是由于垃圾中各組分組成的差異性很大,因此垃圾直接焚燒會對焚燒爐的設計造成困難,導致垃圾的焚燒效率降低。針對二惡英產生的環境污染,目前常采用活性炭吸附二惡英的方法加以解決112,而解決第二個問題的有效途徑則是采用近年研究所得出的結論一垃圾能源化新思路13-51.新思路認為,雖然垃圾中各組分組成的差異性很大,但利用垃圾中各組分熱解氣的組成所具有的很大相似性,使垃圾先熱解再焚燒則會大大提高垃圾的利用率,比直接燃燒更為有利。
  在城市垃圾組成中,木類、紙張、塑料是三種典型的固體有機廢棄物,它們不僅具有低灰、高含碳量的特點,因而與其他垃圾組分如家庭廚余16相比,更適宜于作為制備活性炭的原料,而且三種廢棄物的熱解產物較之未進行熱解時的廢棄物本身更容易破碎,使以熱解物為原料制備粒狀活性炭的生產工藝變得更易實現。因此以三種典型的有機廢棄物熱解物為原料,制備適宜于脫除二惡英的活性炭,不僅可以消除垃圾焚燒對環境造成的污染,達到以廢治廢的目的,而且還可以擴大活性炭生產的原料來源17,使垃圾能源化綜合利用新思路更趨完善。
  基于以固體有機廢棄物熱解物為原料制備活性炭的研究尚未見報道,我所開展了這方面的。
  由可見,塑料熱解物在溫度440C左右時迅速發生熱解而析出揮發分,溫度達到500C左右時,塑料熱解物幾乎全部熱解析出;木炭和紙炭的混合物在0C~500C范圍內熱解較緩慢,而在500C以上時,熱解速度則變得相對較快。
  表明,兩種不同塑料熱解物含量的混合物,增加使活化篦明顯降低而膣:炭祖的含量越高!活化過程中斗料條的孔隙就越豐富這不的混合物,熱解失重率開始快于質量分數為20%的熱解失重率,溫度進一步升至440°C~5⑴°C之間時,質量分數為30%的混合物的熱解失重率明顯快于質量分數為20%的熱解失重率,同時兩種混合物均在該溫度區間發生激烈的熱分解解在500C以上時兩種塑料熱解物含量的混合物熱解行為又趨于一致,熱解速度明顯變緩,但略快于木炭和紙炭混合物的熱解速度,由此可推斷此時仍有少量未來得及分解的塑料熱解物在繼續進行分解;進一步將塑料熱解物、木炭與紙炭混合物分別熱解時的數據進行加權平均計算,發現兩種不同塑料熱解物含量混合物的熱解加權平均值與相應的實際熱解失重率基本吻合。
  由和可知,在相同的活化條件下,塑料熱解物〕的碘吸附值顯著增加。這表明增加塑料熱解物的含量,加快了活化反應速度,有利于活性炭吸附能力的提高。對此結合炭化,No.4則是塑料熱解物質量分數為20%的炭化料條在較低燒失率時的孔結構測定結果。
  由表4中的No.~No.3可知,廢棄物熱解物中塑料熱解物的含量主要對活性炭中孔的形成、發展產生影響。塑料熱解物含量增加時,活性炭的比表面積、總孔容、中孔孔容均呈現出先增加后減少的變化規律,而微孔孔容則始終在減少,但與中孔孔容相比變化要小得多。
  表4塑料熱解物含量對活性炭孔結構的影響備活性炭的三種廢棄物熱解物的原料之加璐£程代云。制備活資源開發新型炭材料,bookmark10表4中No.2和No.4的測定結果,反映了活性炭孔結構在活化過程中的變化情況。當燒失率較低時(如No.4所示的36.9 %)制得的活性炭即具有相當高的中孔含量,這表明料條炭化時塑料熱解物析出后所留下的空隙在活化時主要形成了中孔;隨活化的進行(如No.所示的燒失率達到68 %)中孔孔容和微孔孔容都在增加,且中孔孔容的增加較之微孔孔容的增加幅度大,說明伴隨活化的進行,有相當的微孔變成了中孔,即相當一部分孔壁較薄的微孔被活化燒穿而合并為中孔,與此同時還伴隨有新微孔的產生。因此結合塑料熱解物在料條炭化、活化過程中的作用,塑料熱解物對活性炭孔結構的影響可解釋如下:塑料熱解物含量越高,孔隙越豐富,孔壁越薄,同時活化速度也越快,而活化速度的加快不僅有利于使較薄的微孔合并成為中孔,而且在活化過程中還有利于產生新的孔隙,結果活性炭的中孔孔容隨塑料熱解物含量的增加而增加。而微孔孔容則始終在減少,但減小的幅度較小;當塑料熱解物含量過高時,則導致一部分中孔變成了大孔,因此中孔孔容又減少。
  綜上分析,通過改變廢棄物熱解物中塑料熱解物的含量,可以對活性炭的孔結構進行一定程度的調節,且主要是對活性炭的中孔進行調節。
  結論°Q之間迅速熱解、全部析出的熱解行為特性,使得塑料熱解物不僅是制的是由于塑料熱解物在料條炭化時全部熱解析出,加快了活化反應速度,對活性炭中孔結構的形成和發展具有一定的調節作用,進而提高了活性炭的吸附性能;此外因塑料熱解物具有一定的粘結性,可降低料條的成型壓力,減少焦油的用量。

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