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塑料熱解物在城市有機(jī)廢棄物制備活性炭中的作用
????????塑料熱解物在城市有機(jī)廢棄物制備活性炭中的作用解立平，林偉剛，楊學(xué)民(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所，北京100080)明：在料條制備過(guò)程中，塑料熱解物具有潤(rùn)滑、粘結(jié)作用，可有效地減少焦油粘結(jié)劑的用量;在料條炭化階段，由于塑料熱解物的熱解、析出，使炭化料條具有發(fā)達(dá)的孔隙(閉合)結(jié)構(gòu)，最終使在隨后的活化過(guò)程中加快活化反應(yīng)速度，提高活性炭的吸附性能;塑料熱解物在活性炭孔結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展過(guò)程中，具有一定的調(diào)節(jié)作用。
????????垃圾直接焚燒是實(shí)現(xiàn)城市垃圾能源化、減量化的有效手段，并為世界各國(guó)所采用。然而垃圾的直接焚燒會(huì)產(chǎn)生兩大問(wèn)題，其一是在垃圾焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二惡英的超標(biāo)排放，嚴(yán)重污染環(huán)境;其二是由于垃圾中各組分組成的差異性很大，因此垃圾直接焚燒會(huì)對(duì)焚燒爐的設(shè)計(jì)造成困難，導(dǎo)致垃圾的焚燒效率降低。針對(duì)二惡英產(chǎn)生的環(huán)境污染，目前常采用活性炭吸附二惡英的方法加以解決112，而解決第二個(gè)問(wèn)題的有效途徑則是采用近年研究所得出的結(jié)論一垃圾能源化新思路13-51.新思路認(rèn)為，雖然垃圾中各組分組成的差異性很大，但利用垃圾中各組分熱解氣的組成所具有的很大相似性，使垃圾先熱解再焚燒則會(huì)大大提高垃圾的利用率，比直接燃燒更為有利。
????????在城市垃圾組成中，木類、紙張、塑料是三種典型的固體有機(jī)廢棄物，它們不僅具有低灰、高含碳量的特點(diǎn)，因而與其他垃圾組分如家庭廚余16相比，更適宜于作為制備活性炭的原料，而且三種廢棄物的熱解產(chǎn)物較之未進(jìn)行熱解時(shí)的廢棄物本身更容易破碎，使以熱解物為原料制備粒狀活性炭的生產(chǎn)工藝變得更易實(shí)現(xiàn)。因此以三種典型的有機(jī)廢棄物熱解物為原料，制備適宜于脫除二惡英的活性炭，不僅可以消除垃圾焚燒對(duì)環(huán)境造成的污染，達(dá)到以廢治廢的目的，而且還可以擴(kuò)大活性炭生產(chǎn)的原料來(lái)源17，使垃圾能源化綜合利用新思路更趨完善。
????????基于以固體有機(jī)廢棄物熱解物為原料制備活性炭的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，我所開(kāi)展了這方面的。
????????由可見(jiàn)，塑料熱解物在溫度440C左右時(shí)迅速發(fā)生熱解而析出揮發(fā)分，溫度達(dá)到500C左右時(shí)，塑料熱解物幾乎全部熱解析出;木炭和紙?zhí)康幕旌衔镌?C~500C范圍內(nèi)熱解較緩慢，而在500C以上時(shí)，熱解速度則變得相對(duì)較快。
????????表明，兩種不同塑料熱解物含量的混合物，增加使活化篦明顯降低而膣：炭祖的含量越高!活化過(guò)程中斗料條的孔隙就越豐富這不的混合物，熱解失重率開(kāi)始快于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 %的熱解失重率，溫度進(jìn)一步升至440°C~5⑴°C之間時(shí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的混合物的熱解失重率明顯快于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的熱解失重率，同時(shí)兩種混合物均在該溫度區(qū)間發(fā)生激烈的熱分解解在500C以上時(shí)兩種塑料熱解物含量的混合物熱解行為又趨于一致，熱解速度明顯變緩，但略快于木炭和紙?zhí)炕旌衔锏臒峤馑俣?，由此可推斷此時(shí)仍有少量未來(lái)得及分解的塑料熱解物在繼續(xù)進(jìn)行分解;進(jìn)一步將塑料熱解物、木炭與紙?zhí)炕旌衔锓謩e熱解時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，發(fā)現(xiàn)兩種不同塑料熱解物含量混合物的熱解加權(quán)平均值與相應(yīng)的實(shí)際熱解失重率基本吻合。
????????由和可知，在相同的活化條件下，塑料熱解物〕的碘吸附值顯著增加。這表明增加塑料熱解物的含量，加快了活化反應(yīng)速度，有利于活性炭吸附能力的提高。對(duì)此結(jié)合炭化，No.4則是塑料熱解物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的炭化料條在較低燒失率時(shí)的孔結(jié)構(gòu)測(cè)定結(jié)果。
????????由表4中的No.~No.3可知，廢棄物熱解物中塑料熱解物的含量主要對(duì)活性炭中孔的形成、發(fā)展產(chǎn)生影響。塑料熱解物含量增加時(shí)，活性炭的比表面積、總孔容、中孔孔容均呈現(xiàn)出先增加后減少的變化規(guī)律，而微孔孔容則始終在減少，但與中孔孔容相比變化要小得多。
????????表4塑料熱解物含量對(duì)活性炭孔結(jié)構(gòu)的影響備活性炭的三種廢棄物熱解物的原料之加璐￡程代云。制備活資源開(kāi)發(fā)新型炭材料，bookmark10表4中No.2和No.4的測(cè)定結(jié)果，反映了活性炭孔結(jié)構(gòu)在活化過(guò)程中的變化情況。當(dāng)燒失率較低時(shí)(如No.4所示的36.9 %)制得的活性炭即具有相當(dāng)高的中孔含量，這表明料條炭化時(shí)塑料熱解物析出后所留下的空隙在活化時(shí)主要形成了中孔;隨活化的進(jìn)行(如No.所示的燒失率達(dá)到68 %)中孔孔容和微孔孔容都在增加，且中孔孔容的增加較之微孔孔容的增加幅度大，說(shuō)明伴隨活化的進(jìn)行，有相當(dāng)?shù)奈⒖鬃兂闪酥锌祝聪喈?dāng)一部分孔壁較薄的微孔被活化燒穿而合并為中孔，與此同時(shí)還伴隨有新微孔的產(chǎn)生。因此結(jié)合塑料熱解物在料條炭化、活化過(guò)程中的作用，塑料熱解物對(duì)活性炭孔結(jié)構(gòu)的影響可解釋如下：塑料熱解物含量越高，孔隙越豐富，孔壁越薄，同時(shí)活化速度也越快，而活化速度的加快不僅有利于使較薄的微孔合并成為中孔，而且在活化過(guò)程中還有利于產(chǎn)生新的孔隙，結(jié)果活性炭的中孔孔容隨塑料熱解物含量的增加而增加。而微孔孔容則始終在減少，但減小的幅度較小;當(dāng)塑料熱解物含量過(guò)高時(shí)，則導(dǎo)致一部分中孔變成了大孔，因此中孔孔容又減少。
????????綜上分析，通過(guò)改變廢棄物熱解物中塑料熱解物的含量，可以對(duì)活性炭的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定程度的調(diào)節(jié)，且主要是對(duì)活性炭的中孔進(jìn)行調(diào)節(jié)。
????????4結(jié)論°Q之間迅速熱解、全部析出的熱解行為特性，使得塑料熱解物不僅是制的是由于塑料熱解物在料條炭化時(shí)全部熱解析出，加快了活化反應(yīng)速度，對(duì)活性炭中孔結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展具有一定的調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而提高了活性炭的吸附性能;此外因塑料熱解物具有一定的粘結(jié)性，可降低料條的成型壓力，減少焦油的用量。
