【摘要】：電子廢棄物作為一種新型迅速發(fā)展的固體廢棄物,其中不僅含有大量的貴重金屬和塑料,同時(shí)還存在著大量的有毒有害物質(zhì)。因此,尋求對電子廢棄物合理處置的方法已經(jīng)成為了國內(nèi)外共同關(guān)注的目標(biāo)。作為一種潛在的二次資源和高危污染源,對電子廢棄物中阻燃電子廢塑料采取高效低污染的無害化處置,可以有效地緩解環(huán)境壓力,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)資源化再利用,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。目前,熱解技術(shù)作為一種將電子廢塑料轉(zhuǎn)化為燃料或化工原料的方法,被認(rèn)為是最具前景的原料回收策略之一。但傳統(tǒng)的熱解技術(shù)對阻燃廢塑料熱解回收過程中并不能實(shí)現(xiàn)熱解油等產(chǎn)物的脫鹵凈化,嚴(yán)重阻礙了電子廢塑料的原料回收利用。本文提出對典型阻燃電子塑料采用催化熱解和熱解—催化提質(zhì)處理技術(shù)。在研究其熱解特性的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探討阻燃電子塑料催化熱解和熱解—催化提質(zhì)過程中熱解產(chǎn)物分布特性和產(chǎn)物中溴的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,為阻燃電子廢塑料的原料回收方法提供新的理論和思路。本文主要研究內(nèi)容如下:本文制備了兩種典型的阻燃電子塑料Br-HIPS和Br-ABS,并采用熱重分析儀研究其熱解特性。研究發(fā)現(xiàn)兩種阻燃電子塑料主要存在兩個(gè)熱失重階段,均為低溫階段(320-340 ℃)阻燃劑的熱解釋放和高溫階段(410-430 ℃)母料的降解。選取阻燃Br-ABS研究其熱解動(dòng)力學(xué)模型,利用等轉(zhuǎn)化率法—Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger-Akahira-Sunose法和Friedman法求得Br-ABS熱解過程反應(yīng)活化能,同時(shí)采用Coats-Redfern法對Br-ABS熱重曲線進(jìn)行擬合優(yōu)化求解“動(dòng)力學(xué)三因子”。通過動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)對活化能變化的效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償處理,所建立的包含兩個(gè)連續(xù)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型(隨機(jī)成核和隨后生長模型與三級反應(yīng)模型)能夠很好地解釋和預(yù)測阻燃塑料的熱解過程。本文選用三種微孔分子篩催化劑(HY、Hβ和HZSM-5)和兩種介孔催化劑(MCM-41和y-A12O3)對阻燃電子塑料展開催化熱解實(shí)驗(yàn)研究。首先利用比表面積及孔徑分析(BET)、X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和NH3的吸附脫附(NH3-TPD)等多表征手段對催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。結(jié)果表明,這五種催化劑均為結(jié)構(gòu)各異的固體酸催化劑,有著不同的形貌結(jié)構(gòu)和酸位點(diǎn)。在固定床實(shí)驗(yàn)臺架上分別對阻燃Br-HIPS和Br-ABS進(jìn)行催化熱解實(shí)驗(yàn)研究,重點(diǎn)考察不同催化劑條件下阻燃塑料的催化熱解特性,產(chǎn)物分布以及熱解產(chǎn)物中溴的分布特性。研究發(fā)現(xiàn),阻燃塑料熱解的主要產(chǎn)物為液體產(chǎn)物,包括熱解油和粘稠物wax。在相同實(shí)驗(yàn)條件下,分子篩催化劑強(qiáng)烈的催化裂解特性會(huì)顯著降低阻燃塑料熱解油的產(chǎn)率,同時(shí),因其獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)和酸強(qiáng),分子篩催化劑對阻燃Br-HIPS和Br-ABS熱解產(chǎn)物表現(xiàn)出強(qiáng)烈的擇形選擇性,而介孔催化劑MCM-41在催化裂解過程中有利于阻燃塑料向熱解油轉(zhuǎn)變。另外,添加催化劑均會(huì)不同程度降低阻燃塑料熱解油中的溴含量,而催化劑的催化脫溴活性會(huì)受到阻燃塑料中不同的阻燃劑類型和含量的影響。對阻燃塑料原料回收率研究發(fā)現(xiàn),HZSM-5和MCM-41這兩種催化劑具有較高的原料回收率,有利于實(shí)現(xiàn)阻燃塑料的原料回收�；谧枞糂r-HIPS和Br-ABS催化熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本文探討了以PS為基體,阻燃劑和增效劑以及催化劑三者之間的關(guān)聯(lián)性和阻燃塑料催化熱解機(jī)理。選取分子篩ZSM-5和MCM-41催化劑并進(jìn)行改性處理,浸漬法制備改性催化劑Fe/ZSM-5、Ni/ZSM-5、Fe/MCM-41和Ni/MCM-41,并通過多種表征手段對改性催化劑進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)和酸位點(diǎn)等表征。在兩段式固定床實(shí)驗(yàn)臺架上分別對阻燃Br-HIPS和Br-ABS展開熱解—催化提質(zhì)實(shí)驗(yàn),分別研究不同孔隙結(jié)構(gòu)和負(fù)載活性物質(zhì)的催化劑對Br-HIPS和Br-ABS熱解產(chǎn)物的分布特性和脫溴性能的影響。結(jié)果表明,不同改性催化劑對阻燃塑料熱解中間產(chǎn)物表現(xiàn)出不同的催化提質(zhì)特性。以ZSM-5為載體的改性微孔催化劑高度的微孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)酸性,有利于促進(jìn)阻燃塑料催化裂解反應(yīng)和熱解產(chǎn)物中有機(jī)溴的裂解釋放。介孔催化劑MCM-41 一定程度上有利于保證熱解油的產(chǎn)率,而改性介孔催化劑則表現(xiàn)出更加出色的催化裂解特性和脫溴性能。負(fù)載在催化劑表面的Fe2O3和NiO活性物質(zhì)起到主導(dǎo)作用,Fe2O3有利于對無機(jī)溴的吸附固定而NiO更加有利于有機(jī)溴的進(jìn)一步裂解釋放和對溴銻的吸附效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X705
【圖文】：

作為世界上最大的電子電器設(shè)備出口國和廢棄電子電器產(chǎn)品的進(jìn)口國，在１９％逡逑年至２０１５年間，我國的五大家用電子電器設(shè)備均有不同程度的增長，根據(jù)最新統(tǒng)計(jì)逡逑數(shù)據(jù)顯示，２０１５年我國主要家用電子電器年產(chǎn)量己達(dá)３０．８５億臺，如圖１．２所示［６］。逡逑Ｗ邋２０１１年為例，我國主要電子電器產(chǎn)品的生產(chǎn)量約有％６０萬臺電視機(jī)，５８１０萬臺逡逑冰箱，５３００萬臺洗衣機(jī)、９４８０萬臺空調(diào)Ｗ及７３９０萬臺電腦，隨之統(tǒng)計(jì)約有％００萬逡逑臺電子電器設(shè)備報(bào)廢Ｗ。電子電器產(chǎn)品使用淘汰率逐步提高，促使廢棄電子電器產(chǎn)品逡逑數(shù)量的急劇增加。根據(jù)往年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，２０１３年我國電子廢棄物的產(chǎn)量約為５５２萬噸，逡逑２０１５年己達(dá)到６５０萬噸，預(yù)計(jì)２０４０年電子廢棄物的產(chǎn)量將增至２０００萬噸，勢必將逡逑成為電子垃圾的＂重災(zāi)區(qū)＂［７］。逡逑我國不僅是人口大國也是制造生產(chǎn)大國，在工業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)也帶來的一系逡逑列的問題。我國電子廢棄物的主要來源有三個(gè)方面。一是電子電器產(chǎn)品到達(dá)報(bào)廢年逡逑限或因損壞，更換而人為報(bào)廢的電子電器產(chǎn)品；二是在電子電器產(chǎn)品生產(chǎn)和加工過逡逑程中生產(chǎn)的邊角余料和未出廠的不合格廢棄產(chǎn)品；另外一方面則是國際進(jìn)出曰的電逡逑子廢棄物

注：為２０１４年全球電子廢棄物各類別產(chǎn)量（單位：百萬噸）Ｗ。逡逑電子廢棄物的組分復(fù)雜，種類繁多，主要有金屬、貴重金屬、塑料和添加劑組逡逑成（圖１．３所示）ｔＷ。據(jù)２０１４年全球廢棄電子電器產(chǎn)品報(bào)廢量統(tǒng)計(jì)，電子廢棄物中逡逑約含有１６５０萬噸鐵，１９０萬噸銅，３００噸金和１０００噸銀等金屬，Ｗ及約８６０萬噸的逡逑廢塑料，這些資源折合約價(jià)值５２０億美元，具有極高的資源回收價(jià)值Ｗ。然而，電子逡逑廢棄物還含有大量有毒有害物質(zhì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，２０１４年產(chǎn)生的電子廢棄物中發(fā)現(xiàn)有２２００逡逑萬噸鉛玻璃，３０萬噸廢電池，４４００噸消耗臭氧層物質(zhì)（ＯＤＳ）Ｗ及隸、

本文編號：2773597