塑料热解物在城市有机废弃物制备活性炭中的作用

　　塑料热解物在城市有机废弃物制备活性炭中的作用解立平，林伟刚，杨学民（中国科学院过程工程研究所，北京100080）明：在料条制备过程中，塑料热解物具有润滑、粘结作用，可有效地减少焦油粘结剂的用量；在料条炭化阶段，由于塑料热解物的热解、析出，使炭化料条具有发达的孔隙（闭合）结构，zui终使在随后的活化过程中加快活化反应速度，提高活性炭的吸附性能；塑料热解物在活性炭孔结构的形成和发展过程中，具有一定的调节作用。

　　垃圾直接焚烧是实现城市垃圾能源化、减量化的有效手段，并为世界各国所采用。然而垃圾的直接焚烧会产生两大问题，其一是在垃圾焚烧过程中会产生二恶英的超标排放，严重污染环境；其二是由于垃圾中各组分组成的差异性很大，因此垃圾直接焚烧会对焚烧炉的设计造成困难，导致垃圾的焚烧效率降低。针对二恶英产生的环境污染，目前常采用活性炭吸附二恶英的方法加以解决112，而解决第二个问题的有效途径则是采用近年研究所得出的结论一垃圾能源化新思路13-51.新思路认为，虽然垃圾中各组分组成的差异性很大，但利用垃圾中各组分热解气的组成所具有的很大相似性，使垃圾先热解再焚烧则会大大提高垃圾的利用率，比直接燃烧更为有利。

　　在城市垃圾组成中，木类、纸张、塑料是三种典型的固体有机废弃物，它们不仅具有低灰、高含碳量的特点，因而与其他垃圾组分如家庭厨余16相比，更适宜于作为制备活性炭的原料，而且三种废弃物的热解产物较之未进行热解时的废弃物本身更容易破碎，使以热解物为原料制备粒状活性炭的生产工艺变得更易实现。因此以三种典型的有机废弃物热解物为原料，制备适宜于脱除二恶英的活性炭，不仅可以消除垃圾焚烧对环境造成的污染，达到以废治废的目的，而且还可以扩大活性炭生产的原料来源17，使垃圾能源化综合利用新思路更趋完善。

　　基于以固体有机废弃物热解物为原料制备活性炭的研究尚未见报道，我所开展了这方面的。

　　由可见，塑料热解物在温度440C左右时迅速发生热解而析出挥发分，温度达到500C左右时，塑料热解物几乎全部热解析出；木炭和纸炭的混合物在0C~500C范围内热解较缓慢，而在500C以上时，热解速度则变得相对较快。

　　表明，两种不同塑料热解物含量的混合物，增加使活化篦明显降低而膣：炭祖的含量越高！活化过程中斗料条的孔隙就越丰富这不的混合物，热解失重率开始快于质量分数为20 %的热解失重率，温度进一步升至440°C~5⑴°C之间时，质量分数为30%的混合物的热解失重率明显快于质量分数为20%的热解失重率，同时两种混合物均在该温度区间发生激烈的热分解解在500C以上时两种塑料热解物含量的混合物热解行为又趋于一致，热解速度明显变缓，但略快于木炭和纸炭混合物的热解速度，由此可推断此时仍有少量未来得及分解的塑料热解物在继续进行分解；进一步将塑料热解物、木炭与纸炭混合物分别热解时的数据进行加权平均计算，发现两种不同塑料热解物含量混合物的热解加权平均值与相应的实际热解失重率基本吻合。

　　由和可知，在相同的活化条件下，塑料热解物〕的碘吸附值显著增加。这表明增加塑料热解物的含量，加快了活化反应速度，有利于活性炭吸附能力的提高。对此结合炭化，No.4则是塑料热解物质量分数为20%的炭化料条在较低烧失率时的孔结构测定结果。

　　由表4中的No.~No.3可知，废弃物热解物中塑料热解物的含量主要对活性炭中孔的形成、发展产生影响。塑料热解物含量增加时，活性炭的比表面积、总孔容、中孔孔容均呈现出先增加后减少的变化规律，而微孔孔容则始终在减少，但与中孔孔容相比变化要小得多。

　　表4塑料热解物含量对活性炭孔结构的影响备活性炭的三种废弃物热解物的原料之加璐￡程代云。制备活资源开发新型炭材料，bookmark10表4中No.2和No.4的测定结果，反映了活性炭孔结构在活化过程中的变化情况。当烧失率较低时（如No.4所示的36.9 %）制得的活性炭即具有相当高的中孔含量，这表明料条炭化时塑料热解物析出后所留下的空隙在活化时主要形成了中孔；随活化的进行（如No.所示的烧失率达到68 %）中孔孔容和微孔孔容都在增加，且中孔孔容的增加较之微孔孔容的增加幅度大，说明伴随活化的进行，有相当的微孔变成了中孔，即相当一部分孔壁较薄的微孔被活化烧穿而合并为中孔，与此同时还伴随有新微孔的产生。因此结合塑料热解物在料条炭化、活化过程中的作用，塑料热解物对活性炭孔结构的影响可解释如下：塑料热解物含量越高，孔隙越丰富，孔壁越薄，同时活化速度也越快，而活化速度的加快不仅有利于使较薄的微孔合并成为中孔，而且在活化过程中还有利于产生新的孔隙，结果活性炭的中孔孔容随塑料热解物含量的增加而增加。而微孔孔容则始终在减少，但减小的幅度较小；当塑料热解物含量过高时，则导致一部分中孔变成了大孔，因此中孔孔容又减少。

　　综上分析，通过改变废弃物热解物中塑料热解物的含量，可以对活性炭的孔结构进行一定程度的调节，且主要是对活性炭的中孔进行调节。

　　4结论°Q之间迅速热解、全部析出的热解行为特性，使得塑料热解物不仅是制的是由于塑料热解物在料条炭化时全部热解析出，加快了活化反应速度，对活性炭中孔结构的形成和发展具有一定的调节作用，进而提高了活性炭的吸附性能；此外因塑料热解物具有一定的粘结性，可降低料条的成型压力，减少焦油的用量。