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塑料和橡胶(轮胎)是两种广泛应用的人工合成高分子化合物,具备许多优越性能。它们的高消耗造成的环境污染日趋严重。如何处理和利用这两种废旧高分子材料在当今全球范围内引起了普遍关注。
废塑料处理和利用途径有填埋、焚烧、物理法和化学法。废轮胎处理也有填埋、焚烧、物理利用及化学回收。填埋和焚烧法对空气、地下水、土壤及生态环境的污染相当严重,带来了二次污染,与当今世界的环保主题违背。物理法虽然能在一定程度上实现重利用,但不能称为最终利用。
近些年,国外国内的学者开始关注热裂解法对这两种物质的回收,进行了很多研究。采用热裂解工艺对废塑料进行油化,对废轮胎油化和炭化,不仅能实现变废为宝,而且有很重要的经济意义和社会意义。
本文对聚丙烯塑料和废轮胎分别进行裂解处理:
第一,研究聚丙烯塑料裂解。考察了聚丙烯塑料的裂解特性,温度是裂解的主要影响因素,在420~500℃这一阶段,温度越高,反应越快,裂解产物中气相、液相收率增加,重质和固相收率下降。探讨了粉煤灰和电石渣对聚丙烯塑料裂解的催化作用,从裂解产物分布分析知,粉煤灰更能促进产物轻质化,裂解气和汽油部分含量明显增大;从二者对裂解速度的影响研究中发现粉煤灰比电石渣能加快裂解速度。还采用动力学模型描述了这两种物质作为催化剂对聚丙烯塑料裂解的影响,粉煤灰和电石渣加入,都能够降低反应表观活化能。这是首次以这两种工业废渣作为塑料裂解催化剂进行研究。
第二,研究废轮胎裂解。采用热裂解—催化裂解两步法,第—步产生的裂解气通过催化剂进行第二步改性,裂解气经冷凝后得到裂解油品。这种方法在塑料裂解中应用较多,得到的油品质量好,而在轮胎裂解中较少使用,我们将其借鉴过来,得到了一些很重要的结论。选用ZSM-5分子筛和超稳Y型分子筛做催化剂。首先从裂解温度、催化温度、催化剂使用量三个影响方面设计正交实验进行比较,结果发现ZSM-5催化时,裂解温度的影响最大,超稳Y催化时,催化剂使用量影响最大。然后对油品中<160℃的馏分作GC-MS分析,分析发现馏分主要含有烯烃、环状烯烃、烷基-苯和烯基-苯等四大类烃;ZSM-5和超稳Y分子筛都大大增加了馏分中芳香烃的含量,尤其是酸性较高的超稳Y分子筛,表现更为明显。
轮胎裂解产物中残渣较多,占到35%左右,这部分物质经过活化后能够具备吸附性能,这也是轮胎资源化处理的一个方向。研究中采用水蒸气活化法对固体残渣进行处理,最终产品的碘吸附性能和亚甲基兰吸附性能分别能够达到561.57mg/g和110mg/g左右,认为产品含中孔较多。