废旧汽车顶棚材料热解特性及动力学.pdf

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1、第27卷第3期化学反应工程与工艺Vol27，No32011年6月ChemicalReactionEngineeringandTechnologyJune201l废旧汽车顶棚材料热解特性及动力学黄云龙，李超，刘新民，郭庆杰，耿启金，王许云(青岛科技大学化工学院，山东省清洁化工重点实验室，山东青岛266042)摘要：利用热晕．红外联用技术，研究了氮气气氛下报废汽车顶棚材料在30~900℃的热解行为，分析了其热解过程的热解反应特性以及动力学。汽车顶棚材料的组成为含有较高比重无机填料的聚氨酯泡沫塑料。不同热解温度下挥发份的红外谱图分析表明，热解产物含有烷烃、烯烃、醇、

2、胺等。三个热解阶段发牛的热解反应分别是聚氨酯中氨基甲酸酯基的热分解、一次热解产物的二次分解以及无机填料的高温热分解。低温热解实验及动力学计算表明．若350℃一卜热解l5h，除无机填料外，汽车顶棚材料能够热解完伞用微分法与积分法相结合的方法求得丫前两个热解阶段的反应机理微分函数及动力学参数。关键词：报废汽车顶棚材料热重．红外热解反应动力学聚氮酯泡沫塑料中图分类号：TQ323．8文献标识码：A随着汽车报废量的增加以及塑料在汽车生产中的应用比重逐渐增大，研究报废汽车塑料无害化和资源化利用成为资源与环境领域的重要研究方向。在欧洲，占报废汽车总质量75％的材料可回收利用

3、(包括再使用、再制造零件)，其余25％的残渣称为汽车破碎残留(AutomobileShredderResidues，ASR)。ASR组成复杂，包括塑料(41％，质量分数，下同)、橡胶(21％)、玻璃(16％)、纺织品(10％)等【l1。目前，处理ASR的传统方法有填埋法、焚烧法。填埋法占用大量土地资源，且存在ASR中未分离完全的重金属对填埋环境造成污染的潜在危险；焚烧法能够回收部分ASR的能量，但焚烧过程易产生有毒有害物质，对环境造成二次污染。热解方法处理固体废弃物虽然大多仍停留在实验室阶段，但其处理固体废弃物在减量化、无害化和资源回收等方面有较好前景。Mar

4、co等【zl研究了ASR在氮气气氛下的热解，结果显示，热解过程能够有效降低ASR的质量和体积，气体产物可以用作燃料，液体产物也具有很高的热值，并可用作化工原料。Marcello等【】比较了ASR的快速热解与传统热解，分析升温速率对气．液。固三相产物分布的影响。目前的研究都将ASR混合物进行热解，但ASR中含有大量无机物，无机物的热解过程并不能获得有价值的产物，并且消耗大量热量。ASR中含有锌(0．4％～l_3％)、铅(0_3％～1．1％)、铜(0．2％～0．3％)等金属【4】，对热解产物的利用造成一定限制。本实验基于红外光谱分析汽车顶棚材料组成的基础上，利用热

5、重一红外联用技术研究报废汽车顶棚材料的热解特性及产物的析出规律，分析热解过程发生的反应，建立表观反应动力学模型，求取热解过程的动力学参数，为热解方法处理该固体废弃物的利用提供基础数据。l实验部分1．1实验材料实验材料为报废汽车顶棚材料(青岛废旧汽车回收公司提供)。通过颚式破碎机和超微粉碎机二级粉碎使颗粒粒径小于1mm。实验材料的工业分析及元素分析结果见表1。收稿日期：2010．08．23：修订日期：201I-01．28作者简介：黄云龙(1987-)，男．硕士研究牛；郭庆杰(1967-)，男，教授，通讯联系人。E-mail：qj_guo@yahootom基金项目

6、：山东省科技攻关项I](2008GG10006010)；山东省自然科学杰IlI青年錾金(JQ200904)化学反应工程与工艺2011年6月表1实验材料工业分析和元素分析TablelProximateandultimateanalysisofsampIeProximateanalysisUltimateanalysis，％Watcr,％Volatile，％Ash，％Fixedcarben，％Heat／(MJ·kg-t)lCHNSOthors1．6242．9332．4l23．02l8．36l44．134．593．870．o447．37图l是实验材料的红外谱图。33

7、03cm‘1的宽峰是N．H键的伸缩振动；2870~2972cm。I的几个强峰是饱和C．H键的伸缩振动；l226cm和l085cm’i的窄强峰是C．O-C键的伸缩振动；1712cm’I的强峰是氨基甲酸酯基C=O键特征谱带：l600、15l6和3030cml处的峰分别是芳环的骨架振动和Ar-H键伸缩振动；768cm‘i是苯环上三个相邻氢的面外弯曲振动，表明苯环是邻位取代。汽车车顶一般是叠层体结构，两层Waverlumber／cm’塑料基材板(表皮层)之间填充的多为聚氨酯泡沫塑罔1实验材料的红外分析Fig．1FTIRspectrumofsample料l5l。本实验选

8、用汽车顶棚材料做实验材料，结合红外光谱