涂料废渣催化水热减量效能及机理研究

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1、学校代码:10255学号:2161448DONGHUAUNIVERSITY硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION涂料废渣催化水热减量效能及机理研究STUDYONPAINTRESIDUEEFFICIENCYANDMECHANISMOFCATALYTICHYDROTHERMALREDUCTION学科专业:环境工程作者姓名：游继光指导老师：刘振鸿教授李响副教授答辩日期：2018年5月27日硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注张文启教授答辩委员会主席上海工程技术大学薛罡教授答辩委员会委员东华大学李贤英副教授答辩委员会委员东华大学

2、教授级高级上海市环境工程设计陈善平答辩委员会委员工程师科学研究院有限公司涂料废渣催化水热减量效能及机理研究涂料废渣催化水热减量效能及机理研究摘要随着喷涂技术在涂装领域中的广泛应用，我国涂料废渣产量逐年增加。作为一种典型的危险废弃物，涂料废渣成分复杂多变、处理难度大，委外成本高，对企业及环境带来了巨大负担。涂料废渣含水率高，黏性大，传统的热干化减量技术能耗大，只适合处理含水率很低的涂料废渣，因此，急需一种能使其减量化、无害化的高效处理方法。水热处理技术作为一种新型的固体废弃物减量技术，不受物料含水率的限制，过程简单快速而且反应条件温和，可以实现固体废弃物

3、的减量化、无害化和资源化。目前，关于水热技术改善物料的理化性质和脱水性能的研究主要针对剩余污泥、生物质等一般固废，而水热技术用于处理涂料废渣的系统性研究尚未见报道。本文首先研究了水热反应条件，包括水热温度、水热时间、涂料废渣含水率对涂料废渣水热减量效果的影响，实验结果表明：涂料废渣的减量效果随水热温度、水热时间的增加而提高。与水热温度和水热时间相比，初始含水率对涂料废渣减量效果影响较小。综合考察减量效果和经济成本，确定涂料废渣水热减量的最佳反应条件为：水热温度220℃，水热时间4h，含水率77.5%。在该条件下，总减量率和干基减量率分别为71.3%，3

4、6.6%。在此基础上，探索了二次减量工艺，包括二次水热和热干化，发现水热+热干化是最佳的减量联合I涂料废渣催化水热减量效能及机理研究工艺。随后，在小试基础上，对水热减量+热干化进行了中试放大，放大尺度为500倍（0.1L→50L），在中试尺度上验证了该技术的可行性，中试实验结果表明，中试工艺对各种涂料废渣的减量效果显著，并且涂料废渣中试减量效果优于实验室小试的水热减量效果。中试过程中发现：继续提高涂料废渣的减量效果关键在于提高其干基减量。随后，论文研究了不同催化剂（氧化剂、有机酸、无机酸、有机碱、无机碱）对涂料废渣水热减量的作用效果，实验结果表明：氧化

5、剂、有机酸、无机酸对涂料废渣减量没有明显促进作用，而有机碱和无机碱对涂料废渣减量有一定的促进作用。通过比较分析发现，氢氧化钠促进涂料废渣水热减量的效果最好，对涂料废渣干基减量和总体减量均有促进作用。综合考察减量效果、经济成本和安全性，选择氢−1氧化钠作为最佳催化剂，0.17gNaOH⋅(gDS)为其最优投加量。最终得到涂料废渣水热减量的最佳催化优化条件为：反应温度220℃，反−1应时间4h，初始含水率77.5%，NaOH投加量0.17gNaOH⋅(gDS)。此时，涂料废渣的总减量率和干基减量率分别为79.05%、52.13%，滤饼含水率为47.2%。对

6、最佳催化条件下的整个涂料废渣水热减量过程进行物料衡算分析，从宏观上了解水热产物的组成情况和水热减量的历程。物料衡算分析结果表明，在水热过程中涂料废渣生成了大量的液相产物，少量的固相产物，极少的气相产物，使涂料废渣得以减量。论文再对固体产物和水热液的物化特性、有机组成和化学官能团特性等进行表征分析，探究了涂料废渣水热减量的主要机理以及II涂料废渣催化水热减量效能及机理研究NaOH促进其水热减量的原因。结果表明：在催化优化条件下进行水热处理后，涂料废渣的脱水性能均得到明显改善。水热处理后，涂料废渣的表观形态均发生很大变化，有疏松的孔状结构出现，并且发生颗粒

7、团聚，涂料废渣固体产物的Zeta电位减小为-2.2mV，减小了涂料废渣颗粒间的静电斥力，且接触角增大，疏水性增加，促进脱水。水热过程中涂料废渣中H/C和O/C原子个数比逐渐下降，发生脱水和脱羧作用，C、H、O、N元素质量逐渐降低，有机物的-OH和-NH2（-NH）官能团的相对含量也逐渐减少，从而使涂料废渣减量效果增加。在最佳催化优化条件下，加入NaOH后涂料废渣颗粒之间出现板结现象，由于不规则形状的碱熔物的存在，使固体产物表面生成了复杂的毛刺结构。加NaOH后，水热固体产物的接触角显著增大，疏水性增强，使涂料废渣颗粒束缚的表面吸附水转变为自由水，从而有

8、利-1于水分的脱除。当NaOH的投加量在0~0.17gNaOH⋅(gDS)之间，-主要以脱羧作