【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)外共同關注的目標。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,同時可以實現(xiàn)資源化再利用,具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。目前,熱解技術作為一種將電子廢塑料轉(zhuǎn)化為燃料或化工原料的方法,被認為是最具前景的原料回收策略之一。但傳統(tǒng)的熱解技術對阻燃廢塑料熱解回收過程中并不能實現(xiàn)熱解油等產(chǎn)物的脫鹵凈化,嚴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。在研究其熱解特性的基礎上,進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研究其熱解動力學模型,利用等轉(zhuǎn)化率法—Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger-Akahira-Sunose法和Friedman法求得Br-ABS熱解過程反應活化能,同時采用Coats-Redfern法對Br-ABS熱重曲線進行擬合優(yōu)化求解“動力學三因子”。通過動力學補償效應對活化能變化的效應進行補償處理,所建立的包含兩個連續(xù)反應的動力學模型(隨機成核和隨后生長模型與三級反應模型)能夠很好地解釋和預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驗研究。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性質(zhì)進行表征。結果表明,這五種催化劑均為結構各異的固體酸催化劑,有著不同的形貌結構和酸位點。在固定床實驗臺架上分別對阻燃Br-HIPS和Br-ABS進行催化熱解實驗研究,重點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。在相同實驗條件下,分子篩催化劑強烈的催化裂解特性會顯著降低阻燃塑料熱解油的產(chǎn)率,同時,因其獨特的微孔結構和酸強,分子篩催化劑對阻燃Br-HIPS和Br-ABS熱解產(chǎn)物表現(xiàn)出強烈的擇形選擇性,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,有利于實現(xiàn)阻燃塑料的原料回收。基于阻燃Br-HIPS和Br-ABS催化熱解實驗結果,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聯(lián)性和阻燃塑料催化熱解機理。選取分子篩ZSM-5和MCM-41催化劑并進行改性處理,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行形貌結構和酸位點等表征。在兩段式固定床實驗臺架上分別對阻燃Br-HIPS和Br-ABS展開熱解—催化提質(zhì)實驗,分別研究不同孔隙結構和負載活性物質(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構和強酸性,有利于促進阻燃塑料催化裂解反應和熱解產(chǎn)物中有機溴的裂解釋放。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。負載在催化劑表面的Fe2O3和NiO活性物質(zhì)起到主導作用,Fe2O3有利于對無機溴的吸附固定而NiO更加有利于有機溴的進一步裂解釋放和對溴銻的吸附效應。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X705
【圖文】：

作為世界上最大的電子電器設備出口國和廢棄電子電器產(chǎn)品的進口國，在１９％逡逑年至２０１５年間，我國的五大家用電子電器設備均有不同程度的增長，根據(jù)最新統(tǒng)計逡逑數(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，５８１０萬臺逡逑冰箱，５３００萬臺洗衣機、９４８０萬臺空調(diào)Ｗ及７３９０萬臺電腦，隨之統(tǒng)計約有％００萬逡逑臺電子電器設備報廢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，２０１３年我國電子廢棄物的產(chǎn)量約為５５２萬噸，逡逑２０１５年己達到６５０萬噸，預計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方面。一是電子電器產(chǎn)品到達報廢年逡逑限或因損壞，更換而人為報廢的電子電器產(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)品報廢量統(tǒng)計，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，這些資源折合約價值５２０億美元，具有極高的資源回收價值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，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