[发明专利]一种用于含PVC混合塑料热裂解过程中的活化能分析方法

说明书

本发明公开一种用于含PVC混合塑料热裂解的活化能分析方法，具有在混合塑料热裂解过程中动力学方法分析数据处理部分的应用，并提供了一种将含PVC混合塑料热裂解过程分阶段的分析方法。本发明选择了混合塑料热裂解分析曲线的独立分析方法，数据处理的计算方法中采用了三种无模型配合法计算混合塑料热裂解中活化能，可以在先不涉及动力学模型的情况下，直接求取混合塑料热裂解过程中的活化能，从而避免了因为假设的反应机理函数不同，产生计算结果的误差，揭示了含PVC混合塑料热裂解过程活化能于转化率的关系，具有高效性和准确性。

技术领域

本发明涉及一种含PVC混合塑料热裂解过程中的活化能的分析方法，属于废旧塑料热裂解绿色资源化再利用领域。

背景技术

中国是一个塑料生产、消耗和回收的大国，年消费量位居世界前位。塑料的使用寿命较短，在大量塑料生产的背景下，塑料的绿色循环回收便成为一个需要解决的问题。因为塑料制品的特殊性，在自然环境下降解的效率非常低，而且采用堆积填埋的方式会对环境造成巨大的污染,是一种耗资高、效率低的方法。塑料的绿色回收就变成了一个需要重视的问题。

以往塑料制品的回收方式主要是填埋、焚烧、堆肥化和回收再生。其中回收再生所处理的废旧塑料仅仅占少部分，填埋焚烧等方式为塑料制品的主要回收方式。而填埋焚烧会对环境造成严重污染，效益较低，而在焚烧等方式中产生的有害物质会对环境造成二次污染，威胁人的身体健康。将废塑料高效无污染的绿色回收并实现循环再利用，成为了一个循环经济及节能减排领域亟待解决的重要问题；废旧塑料回收再生中，塑料的热裂解作为一种环保、高效的绿色回收方式，可以将废旧塑料转化成燃料油、燃料气等不可再生资源，是一种经济、高效、环保的塑料绿色回收方式，实现了废塑料的无害化、资源化和减量化，具有巨大的节能于回收潜力。

在研究废旧混合塑料热裂解中，需要对混合塑料热裂解的过程进行实验研究。研究废旧塑料在热解过程中的变化就需要对裂解过程进行动力学分析，为混合塑料热裂解等热性能提供理论数据。

热分析动力学研究的三要素分别为活化能、指前因子和机理函数。确定动力学三要素可以选择对塑料热裂解进行动力学模型函数的假设，一般会选择假定为简单的级数反应，采用单升温速率法，在一个升温速率下，求取表观反应级数、活化能和指前因子，而由于混合塑料热裂解实际过程是非常复杂的，通常是采取实验数据和动力学模型相配合的方式描述这个热分解反应过程，此过程称为模型配合法。在模型配合的过程中难免会产生多种动力学模型函数都可以配合同一反应过程曲线的情况发生。

活化能作为动力学三要素之一，对于准确确定含PVC混合塑料热裂解过程的指前因子和机理函数，以及准确解释反应过程具有重要的意义。

论文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)为研究对象，在高加热速率条件下研究了它们的热解行为，并找出最适宜的动力学反应机理。低密度聚乙烯的TG和DTG曲线与聚丙烯相似，但与聚氯乙烯不同。结果表明，高升温速率导致初始温度、终止温度和峰值温度向高温方向移动。红外光谱结果表明，低密度聚乙烯和聚丙烯的主要产物为烷烃和烯烃，聚氯乙烯的主要产物为盐酸、烯烃和少量芳香族化合物。对无模型方法如Ozawa-Flynn-Wall(OFW)、Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Friedman(FR)方法计算活化能进行了比较研究。利用Coats-Redfern和Criado等模型拟合方法对反应动力学机理进行了预测。将低密度聚乙烯的热解反应机理归纳为收缩球模型，将聚乙烯的热解反应归纳为收缩圆柱模型，而聚氯乙烯的热解反应机理归纳为第一阶段为二维成核，第二阶段为三维扩散(简化)。但是对于PP/PVC/PS混合塑料，因动力学模型假设不同而带来的对整个含PVC混合塑料热裂解过程的动力学参数的误差，并没有揭示含PVC混合塑料热裂解过程活化能于转化率的关系。

发明内容