电子废弃物中含锑、溴阻燃塑料的水热处理研究

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电子废弃物阻燃塑料中含有锑、溴阻燃剂,处置不当会对人类健康存在巨大的危害,同时锑、溴的存在也是制约电子废弃物阻燃塑料回收利用的主要瓶颈。此外,大量堆积的含锑、溴电子废弃物阻燃塑料基质,也造成了资源与能源的浪费。因此,开发高效、安全的脱锑、脱溴技术,同时资源化回收利用电子废弃物阻燃塑料基质,具有重要的意义。水热处理法作为绿色、环境友好、低能耗的热处理技术,不仅可以针对性的高效脱除固废中有毒有害物质,亦可以作为固废资源化的有效途径。本论文选取含三氧化二锑(Sb2O3)和十溴联苯醚(DBDPO)的电子废弃物阻燃塑料为研究对象,调控水热反应氛围脱除阻燃塑料中的锑、溴阻燃剂,开展水热处理阻燃塑料基质资源化研究及水热降解机理研究。主要的研究内容和研究结果如下所示:(1)探究含锑、溴阻燃塑料在纯水热环境及水热硫碱环境下各因素(水热温度、硫试剂浓度、碱试剂浓度、液固比、水热时间)对锑、溴脱除及同步脱除的影响。结果表明:水热硫碱环境对锑、溴脱除效果优于纯水热环境,温度220℃、保温时间2h、硫化钠浓度为50g/L,氢氧化钠浓度为20g/L时,脱锑率可达到85.6%,脱溴率达到90.13%。硫化钠和氢氧化钠对脱锑过程起着关联作用,是共同作用因素,而氢氧化钠对脱溴过程起着关键控制作用,是单一影响因素。在最优反应参数下得到的塑料产物其FTIR结构与其标准塑料基质结构变化不大,可用于机械回收再造粒。(2)分别研究了常见电子废弃物塑料基质(HIPS、ABS、PC、PP、PA6)在水热处理条件下的液相、固相产物特性。结果表明:PC塑料水热油中含有酚类化合物如苯酚、双酚A(BPA)等,HIPS和ABS水热油中含有单苯环芳香族化合物和二苯基化合物等物质,PP水热油中含有不同碳原子数目的烷烃,PA6水热油中含有己内酰胺(CPL)。水热固相残渣DSC分析显示,除PA6的固相残渣外,其余固相残渣燃烧焓相比原料有较大的提高。PC的固相残渣(SR-PC-350)燃烧焓提高最大,达到576.03%,其次是SR-HIPS-350(287.70%)、SR-ABS-300(79.57%)、SR-PP-250(31.94%)。水热处理显著提高了能量密度,促进了残渣的有效燃烧。(3)提出了四种不同的水热降解机制,涉及一系列反应参与其中,如解聚反应、水热裂解反应、水解反应、自由基反应、亲核取代反应等。在HIPS和ABS的水热降解过程中,水热裂解产生不同的自由基,不同自由基通过组合反应形成不同的最终产物,因此裂解反应和自由基反应在这两种材料的水热降解机制中起着主导作用。水解解聚反应是PC和PA6水热降解过程中优先发生的反应过程,其后发生的裂解反应、自由基的组合、分子间氢转移、亲核取代等反应是最终产物出现的必要因素。以上研究结果,对电子废弃物阻燃塑料的无害化与资源化处理具有重要的理论意义与实际意义。
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