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随着世界化石能源储备的日趋耗竭和开采难度的增大,以及使用化石能源带来的环境污染问题, 尽快开发可替代能源,特别是可再生能源已经成为亟需解决的重要课题。通过热化学转化技术可将来 源广泛、可再生的生物质转化为能源,快速热解是其中一项重要的转化技术。废弃塑料作为一种重要的固体废弃物 (MSW),由于其化学惰性,在自然环境中难以生物降解,目 前的处理方法仍然以焚烧和填埋为主,带来了严重 的环境污染和资源浪费问题。因为塑料组成主要是碳、氢元素,通过热解液化将塑料转化为燃料具有很高的热值,是有效实现废弃物能源化利用的手段。
木塑复合材料 (WPC)是将植物纤维和热塑性塑料添加特殊功能助剂,通过熔融复合加工成型 的复合材料,兼有木材和塑料的优点,综合性能优异。作为可以代替木材和塑料的新材料,其产品已 越来越多地应用于门窗型材、围栏、公园长椅、汽 车内装饰板等商业产品中。 木塑复合材料主要采用被大量浪费的木屑、秸秆 等和塑料废弃物作为原料,不仅有效地实现了废弃材 料的回收利用,而且由它制造的产品进一步节约了原 始材料 (如塑料和木材)的使用。虽然WPC可以多 次重复加工利用,但大分子会逐渐降解,最终材料因力学性能降低而生成了新的废弃物。
WPC的主要组分生物质和废弃塑料都属于富 含 C、H的物料,废旧 WPC的元素组成并未因材料的多次循环使用而发生显著变化,适合作为热裂解原料用于制备生物燃油,从而实现资源循环高效 利用与环境保护的有机结合。 虽然生物质和塑料共热解研究已经有了很多报道,但直接利用木塑复合材料进行热解的工作开展较少。所以有学者以杨木/高密度聚乙烯木塑复合材料为原料,采用热重分析仪和Py-CG/MS着重研究了木塑复合材料热解过程中两种主要组分生物质、聚烯烃 塑料之间的相互作用以及与生物质、聚烯烃塑料单独 热解相比,热解产物产率、产物分布的变化规律,以 期为深人理解木塑复合材料快速热解规律、实现木塑 复合材料高效转化利用提供理论依据。
杨木/HDPE木塑复合材料的热解主要有两个快速失重阶段,分别对应于较低温度下杨木的 热解和较高温度下 HDPE的热解,木塑复合材料 热解过程中生物质和塑料热解存在重叠,两组分杨 木和 HDPE之间存在相互作用。聚烯烃对生物质 的热分解表现为先抑制后促进的作用,前期聚乙烯 在高温下软化对生物质产生包覆作用,阻碍了挥发 性物质的逸出。后期聚乙烯 自身的分子链断裂,分 解为可挥发烃类,并向生物质供氢,部分抑制了生 物质热解产生的自由基的聚合结炭反应,得到更高 的失重率和更少的残炭。
Py-GC/MS实验发现,在杨木的存在下, HDPE热解后烃类产物分布与 HDPE单独热解相 比发生了明显的改变,产生了更多的轻质石蜡,可 能是生物质热解产生的自由基促进聚合物发生断链生成轻质产物。