[發明專利]一種用于含PVC混合塑料熱裂解過程中的活化能分析方法

有效

• 申請號: 202110371790.4
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113188942B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 尹鳳福;范方碩;孫華棟;李泓瑞;李林;郭磊;汪傳生
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04;G01N1/44;G01N1/40
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 韓麗萍

本發明公開一種用于含PVC混合塑料熱裂解的活化能分析方法，具有在混合塑料熱裂解過程中動力學方法分析數據處理部分的應用，并提供了一種將含PVC混合塑料熱裂解過程分階段的分析方法。本發明選擇了混合塑料熱裂解分析曲線的獨立分析方法，數據處理的計算方法中采用了三種無模型配合法計算混合塑料熱裂解中活化能，可以在先不涉及動力學模型的情況下，直接求取混合塑料熱裂解過程中的活化能，從而避免了因為假設的反應機理函數不同，產生計算結果的誤差，揭示了含PVC混合塑料熱裂解過程活化能于轉化率的關系，具有高效性和準確性。

技術領域

本發明涉及一種含PVC混合塑料熱裂解過程中的活化能的分析方法，屬于廢舊塑料熱裂解綠色資源化再利用領域。

背景技術

中國是一個塑料生產、消耗和回收的大國，年消費量位居世界前位。塑料的使用壽命較短，在大量塑料生產的背景下，塑料的綠色循環回收便成為一個需要解決的問題。因為塑料制品的特殊性，在自然環境下降解的效率非常低，而且采用堆積填埋的方式會對環境造成巨大的污染,是一種耗資高、效率低的方法。塑料的綠色回收就變成了一個需要重視的問題。

以往塑料制品的回收方式主要是填埋、焚燒、堆肥化和回收再生。其中回收再生所處理的廢舊塑料僅僅占少部分，填埋焚燒等方式為塑料制品的主要回收方式。而填埋焚燒會對環境造成嚴重污染，效益較低，而在焚燒等方式中產生的有害物質會對環境造成二次污染，威脅人的身體健康。將廢塑料高效無污染的綠色回收并實現循環再利用，成為了一個循環經濟及節能減排領域亟待解決的重要問題；廢舊塑料回收再生中，塑料的熱裂解作為一種環保、高效的綠色回收方式，可以將廢舊塑料轉化成燃料油、燃料氣等不可再生資源，是一種經濟、高效、環保的塑料綠色回收方式，實現了廢塑料的無害化、資源化和減量化，具有巨大的節能于回收潛力。

在研究廢舊混合塑料熱裂解中，需要對混合塑料熱裂解的過程進行實驗研究。研究廢舊塑料在熱解過程中的變化就需要對裂解過程進行動力學分析，為混合塑料熱裂解等熱性能提供理論數據。

熱分析動力學研究的三要素分別為活化能、指前因子和機理函數。確定動力學三要素可以選擇對塑料熱裂解進行動力學模型函數的假設，一般會選擇假定為簡單的級數反應，采用單升溫速率法，在一個升溫速率下，求取表觀反應級數、活化能和指前因子，而由于混合塑料熱裂解實際過程是非常復雜的，通常是采取實驗數據和動力學模型相配合的方式描述這個熱分解反應過程，此過程稱為模型配合法。在模型配合的過程中難免會產生多種動力學模型函數都可以配合同一反應過程曲線的情況發生。

活化能作為動力學三要素之一，對于準確確定含PVC混合塑料熱裂解過程的指前因子和機理函數，以及準確解釋反應過程具有重要的意義。

論文Thermal degradation of typical plastics under high heating rateconditions by TG-FTIR:Pyrolysis behaviors and kinetic analysis一文中，以低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)為研究對象，在高加熱速率條件下研究了它們的熱解行為，并找出最適宜的動力學反應機理。低密度聚乙烯的TG和DTG曲線與聚丙烯相似，但與聚氯乙烯不同。結果表明，高升溫速率導致初始溫度、終止溫度和峰值溫度向高溫方向移動。紅外光譜結果表明，低密度聚乙烯和聚丙烯的主要產物為烷烴和烯烴，聚氯乙烯的主要產物為鹽酸、烯烴和少量芳香族化合物。對無模型方法如Ozawa-Flynn-Wall(OFW)、Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Friedman(FR)方法計算活化能進行了比較研究。利用Coats-Redfern和Criado等模型擬合方法對反應動力學機理進行了預測。將低密度聚乙烯的熱解反應機理歸納為收縮球模型，將聚乙烯的熱解反應歸納為收縮圓柱模型，而聚氯乙烯的熱解反應機理歸納為第一階段為二維成核，第二階段為三維擴散(簡化)。但是對于PP/PVC/PS混合塑料，因動力學模型假設不同而帶來的對整個含PVC混合塑料熱裂解過程的動力學參數的誤差，并沒有揭示含PVC混合塑料熱裂解過程活化能于轉化率的關系。

發明內容