摘要：研究在生物質(zhì)熱壓成型過程中因添加廢塑料對生物質(zhì)熱解成炭特性的影響。采用掃描電鏡、比表面積儀和熱值分析儀等儀器分析廢塑料和松木屑的混合比例、熱解溫度對熱壓成型、熱解成炭的孔結(jié)構(gòu)和熱值等特性的影響。研究得出：添加廢塑料對生物質(zhì)顆粒在熱壓成型過程的松弛密度明顯提高，熱解溫度決定生物質(zhì)炭的孔隙結(jié)構(gòu)，低于500℃時，生物質(zhì)炭的成孔率差、微孔小;高于500℃時，生物質(zhì)炭的比表面積隨熱解溫度的升高分別由50.559、50.833、70.001m2/g增大到103.216、116.290、227.896m2/g，炭表面的孔結(jié)構(gòu)越豐富。在熱解溫度為600℃時，適當添加廢塑料有助于提升生物質(zhì)炭的熱值，熱值由純木屑的25.1217MJ/kg提升到30.2419MJ/kg，且不影響生物質(zhì)炭的多孔孔隙結(jié)構(gòu)。

　　關(guān)鍵詞：能源;熱解;孔結(jié)構(gòu);廢塑料;熱值;生物質(zhì)炭

　　0引言

　　城市固體廢物(municipalsolidwaste)熱解處理提供了能源和化學原料的替代資源，合適的熱解方法可解決廢物處理問題[1]。聚氯乙烯(polyvinylchloride)是產(chǎn)量最大的塑料產(chǎn)品之一，每年都有大量塑料垃圾產(chǎn)生[2]。PVC塑料主要含有C、H、Cl元素，單純熱解PVC得到大量HCl和含氯有害氣體，無法像其他塑料(如polyethylene、polystyrene等)熱解得到高熱值的無污染氣體、液體燃料。國外已有許多研究通過塑料和生物質(zhì)熱解得到液體、氣體燃料，但和生物質(zhì)共熱解的塑料都是PE、PS等材料[3-5]。

　　根據(jù)前人研究[5-6]，PVC由于產(chǎn)生的HCl氣體能提高生物質(zhì)中固定碳含量，極大地提高了生物質(zhì)炭的熱值[7]。而且相比純木屑顆粒熱解制備成型生物質(zhì)炭，塑料加熱后形成的粘流態(tài)具有高強度的粘合效果，使得成型的生物質(zhì)炭的松弛密度更高，耐久性越大。目前，對松木屑和PVC混合熱解制備成型生物質(zhì)炭的研究很少，所以通過PVC和其他生物質(zhì)聯(lián)合熱解制備成型生物質(zhì)炭是回收城市廢棄物的有效途徑。本實驗利用松木屑和PVC為原料，混合熱解制備成型生物質(zhì)炭。

　　1實驗

　　1.1原料的預處理

　　本實驗原料為某木材廠廢棄的松木屑、某化工廠PVC粉末。將2種樣品分別進行研磨、干燥，篩選出粒徑分布為100目的顆粒。然后將松木屑和PVC塑料分別以1∶1、2∶1、3∶1的比例取總質(zhì)量為2g混合攪拌均勻。(元素分析采用伯金艾爾莫EA-2400元素分析儀，使用CHNS模式，爐溫維持在1223K;熱值由Parr-6200型氧彈儀測定;工業(yè)分析由5E-MACIII紅外快速煤質(zhì)分析儀測定)。

　　1.2熱壓成型實驗本實驗采用的熱壓成型設備是合肥科晶材料技術(shù)有限公司生產(chǎn)的熱壓爐，型號OTF-1200X，由加熱爐、熱電偶、模具、溫控儀、液壓工作臺及手輪構(gòu)成，加熱溫度區(qū)間為0~1000℃。液壓工作臺的最大工作壓力為20MPa，基于以前的研究結(jié)果[8]，本實驗采用的熱壓成型參數(shù)為：溫度150℃，壓力15MPa。

　　1.3熱解實驗熱解實驗在豎直管式固定床反應器上完成，實驗裝置由N2瓶，電加熱爐、熱解反應器、熱電偶、溫度控制儀、質(zhì)量流量控制器、洗氣裝置等設備組成。

　　2實驗結(jié)果和分析

　　2.1不同原料混合比對熱壓成型的生物質(zhì)的耐摔強度和松弛密度的影響熱壓成型的生物質(zhì)具有能量密度、體積密度和松弛密度大等優(yōu)點。成型生物質(zhì)的密度大幅提高，可減少運輸、儲存成本。松弛密度和耐摔強度是衡量成型松木屑物理特性的2個重要指標。松弛密度是生物質(zhì)成型后被放置在空氣中24h后密度逐漸趨于穩(wěn)定時的密度[8-9]。它主要是熱壓成型的生物質(zhì)因加壓成型后的壓減少和內(nèi)部彈性膨脹而引起的密度變化。

　　能源論文投稿刊物：《熱能動力工程》是七0三研究所主辦的學術(shù)與技術(shù)相結(jié)合的期刊雜志，報導熱能動力工程領(lǐng)域的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢的專題綜述論文;報導燃機、汽機、鍋爐、傳動元部件的試驗、研究、設計方面的論文;報導具有實用性的技術(shù)交流論文。

　　3結(jié)論

　　采用熱壓爐將PVC和松木屑熱壓成型，然后在豎直固定管式爐反應器中熱解制備成型生物質(zhì)炭。通過掃描電鏡、比表面積儀和熱值分析儀對成型生物質(zhì)炭進行測試分析。對熱解溫度和不同原料混合比對制備成型生物質(zhì)炭的影響進行分析：1)添加PVC后，熱壓成型的生物質(zhì)顆粒耐摔強度顯著高于純木屑熱壓成型的生物質(zhì)顆粒。2)在熱解溫度低于500℃時，生物質(zhì)炭表面的孔很少，高于500℃時，生物質(zhì)炭表面孔結(jié)構(gòu)逐漸顯著，最高達到227.896m2/g。

　　3)隨著松木屑占比逐漸增加，SBET逐漸變大，由103.216m2/g增大到227.896m2/g�；旌蠠峤庵苽涞某尚蜕�物質(zhì)炭SBET227.896m2/g明顯小于純木屑的313.507m2/g。4)保持最佳熱解溫度600℃和最佳配比木∶PVC=3∶1時，熱解制備生物質(zhì)炭的熱值為30.2419MJ/kg。

　　[參考文獻]

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　　作者：劉煜康1，胡建杭1，張明宇2