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含铬皮革固体废弃物含有大量铬化合物,对生态环境和人体健康产生了严重危害和威胁。由于皮革中胶原蛋白的三股螺旋结构与铬离子交联稳定,难以在自然环境下降解,因此,如何妥善处理并资源化利用铬鞣皮革废料一直以来都是困扰制革业发展的主要难题之一。通过热解技术处理含铬皮革固体废弃物,可以实现危险废物的清洁化处理与资源回收再利用。本文采用四种不同的动力学分析方法对制革污泥、酸处理铬革废屑、小麦秸秆与铬革废屑共热解以及吸附染料铬革废屑的热解行为、动力学和机理进行了研究,并对其气态产物成分变化规律进行了分析。研究成果有望对含铬皮革固体废弃物热解处理、热解反应器参数优化以及资源化回收利用提供相应的理论支持。具体内容如下:(1)利用DAEM和热重-傅里叶变换红外光谱-质谱(TG-FTIR-MS)联用技术研究了制革污泥的热解特性。热重分析(TGA)结果表明,制革污泥的热解过程可分为三个阶段:失水阶段、主热解阶段和Ca CO3等无机物的热分解阶段。利用DAEM法可以计算制革污泥主失重阶段的热解表观活化能,其平均值为319.4 k J/mol。制革污泥热解过程的活化能呈阶段性分布,主要集中在较低活化能区域,其拟合高斯曲线的主峰位偏向高于平均活化能值的方向。TG-FTIR-MS分析结果表明,制革污泥在氮气气氛中热解时主要逸出气体为CO2、CH4以及H2O。(2)在非等温条件下,利用TGA研究了经硫酸溶液脱铬处理铬革废屑(CTLS)的热解行为和动力学。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)/能量色散X射线光谱(EDX)技术表征了酸处理前后CTLS的结构和化学成分。结果表明,酸处理后的胶原纤维呈现凝胶态,热解后固体残留物呈现多孔的松散结构,EDX结果证实了酸处理能有效脱除CTLS中的铬化合物。通过TG-FTIR-MS分析发现,CTLS热解过程中产生了以CO2和H2O为主的气态产物,且酸处理提高了脂肪烃和NH3的产率。利用广义主曲线法探究了酸处理CTLS热解过程的反应机理,经解卷积处理得到假组分的热解机理符合随机成核和核生长模型(An),并得到了这些假组分热解的最可几函数,其动力学指数n在3.00到3.90之间,指前因子A的范围为3.50×1014-1.8×1015 s-1。(3)废弃铬革屑(CTLS)对废水中的染料有高效吸附能力。研究了CTLS吸附不同种类和浓度的染料后的热解动力学,结果表明:染料浓度与种类对CTLS吸附后的热解行为影响不大;采用FWO法计算得到的平均活化能如下:322.5 k J/mol(100 mg/L刚果红)、319.5 k J/mol(500 mg/L刚果红)、324.5 k J/mol(100 mg/L活性蓝221)、328.5 k J/mol(500 mg/L活性蓝221)、400.6 k J/mol(100mg/L酸性红18)、309.3 k J/mol(500 mg/L酸性红18)、361.1 k J/mol(CTLS),CTLS吸附染料后热解的平均活化能整体低于未吸附的,其中CTLS吸附500mg/L酸性红18后热解的平均活化能降低最为显著。(4)研究了铬革屑(CTLS)和小麦秸秆(WS)不同混合比例下的共热解特性以及逸出气体组分。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了混合物热解后的形貌结构,当WS含量为50 wt%时,混合物中CTLS的凝结现象最为明显;混合物的主热解阶段相较于CTLS的主热解阶段向低温方向移动,且残留量降低,热解过程中的主要逸出的气体为CH4、NH3、CO和CO2,当WS含量为75 wt%时,观察到气态炔烃的逸出;由MKAS法计算得到混合物的平均活化能相较CTLS显著降低,且当WS含量为50 wt%时,CTLS和WS存在负协同作用,WS含量为25 wt%是降低共热解活化能的最佳添加比例;另外,利用X射线衍射(XRD)与X射线光电子能谱(XPS)分析混合物,发现热解前存在Cr(Ⅵ),热解后却并未发现Cr(Ⅵ),表明WS有减少热解产生危险Cr(VI)化合物的作用。