【摘 要】
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塑料的广泛应用对塑料的需求不断增加,最终导致大量塑料废物的积累,这仍然是一个令人担忧的问题,因为传统的废塑料修复技术的努力有限、不足和环境问题。塑料合成原材料生产的增加对我们的生态系统产生了双重影响,特别是新冠疫情发生以来,医疗和包装废塑料增长加剧。导致不可再生石油资源的迅速枯竭和废物的产生。利用废塑料进行产品升级,这种做法有可能达到循环经济的目的。此外,最近人们认识到,生物炭是催化应用的多功能介
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塑料的广泛应用对塑料的需求不断增加,最终导致大量塑料废物的积累,这仍然是一个令人担忧的问题,因为传统的废塑料修复技术的努力有限、不足和环境问题。塑料合成原材料生产的增加对我们的生态系统产生了双重影响,特别是新冠疫情发生以来,医疗和包装废塑料增长加剧。导致不可再生石油资源的迅速枯竭和废物的产生。利用废塑料进行产品升级,这种做法有可能达到循环经济的目的。此外,最近人们认识到,生物炭是催化应用的多功能介质,因此对生物炭的催化能力和各种途径的机械实践进行了初步研究。使用木质素生物炭负载金属对催化剂改性用来催化废塑料是双重利用策略。本文研究LDPE塑料不同裂解情况,并用自制催化剂对LDPE裂解油催化升级情况进行研究,对催化剂和反应条件进行了筛选优化。结果如下:(1)LDPE裂解产率随条件不同会发生变化,产率先升高而后降低,达到500℃时会发生2次裂解。加催化剂与不加催化剂相比油的品质明显提高,碳链缩短,凝点降低。木质素碳催化剂和磷酸酸化木质素催化剂均有一定效果,碱性催化剂Mg O和酸性催化剂HZSM有着不同的效果,可以根据成分不同需要进行使用。原位催化和异位催化对LDPE的裂解组成有影响,异位催化产气率更高。催化剂温度会对产率造成影响,温度越高产气率越高。(2)木质素生物质和Ni充分混合后,再通过管式炉500℃裂解制备出不同金属负载的生物炭催化剂,金属负载生物炭与纯生物炭和生物炭混合金属有不同。且催化剂在性能上有显著的差异,对木质素负载金属镍生物炭进行XRD、XPS和TEM等物理表征,生物炭中负载的镍化合物为Ni(OH)2和Fe的混合物。这些表征结果可以体现出生物炭在孔隙结构、物理晶相、表面活性等方面的情况,但其催化活性能够在具体的裂解实验中体现。(3)生物炭催化剂作为具有弱酸性功能的催化剂是有一定效果的,具有弱氢化-脱氢功能的催化剂Fe,不能在低温下破坏塑料油分子。强加氢脱氢功能的负载金属催化剂如Ni有一定效果。催化剂的裂化能力的提高可以很容易地通过环化反应增加芳烃的数量。金属官能团和酸性官能团可以通过脱氢环化反应生成大量的芳烃。强大的氢化作用使焦炭前驱体发生氢化,能生产更多有用的液体产品,即通过猝灭自由基来阻止可能导致过量气体生成的额外裂化,从而生成油。强金属官能团也有助于减少烯烃的生成,并增加支化产物的数量,从而使烯烃在相关的酸性载体上异构化。在较高的温度下,解聚反应不受催化剂活性的影响,转化率和产油率不受催化剂存在的影响,尽管所使用的催化剂类型可能会影响油的质量。用生物炭负载Ni和Fe对热解塑料油进行再升级,木质素生物炭负载铁和镍进行催化塑料油有着不同效果,负载Fe可以得到高的芳香烃(80.88%),负载镍可以得到高的烷烃含量(90.48%)。并对木质素负载镍的可行性进行验证,纯木质素碳,单纯金属镍都无法进行催化升级,证明合成后的催化剂的协同作用使原料升级。制备催化剂可以循环使用2次。反应釜条件优化后的数值为250℃,2Mpa初始压力,催化剂添加比例为10%。本文研究是通过使用一种低廉成本、高活性和环境友好的木质素负载金属生物炭催化剂制备高选择性的塑料油,利用生物质制备的催化剂催化生物质裂解,深度进行生物质的资源化利用,废塑料和生物质回收利用提供了参考。
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