廢舊輪胎熱裂解行為的熱紅聯(lián)用研究

758橡膠工業(yè)2014年第61卷廢舊輪胎熱裂解行為的熱紅聯(lián)用研究胡林順,尹荔松,范海陸,劉志平(五邑大學(xué)分析測試中心,廣東江門(mén)509020)摘要:采用熱紅聯(lián)用技術(shù)研究升溫速率對廢舊輪胎熱裂解轉化率及產(chǎn)物的影響。結果表明:升溫速率為50,20和5℃·min-1的峰值溫度規律性地依次遞減,主要是由樣品的熱弛豫造成的;熱裂解第1階段天然橡膠和合成橡膠同時(shí)裂解第2階段為合成橡膠裂解;廢舊輪胎在不同升溫速率下的熱裂解產(chǎn)物不同,升溫速率大有利于得到相對分子質(zhì)量小的成分關(guān)鍵詞:廢舊輪胎;熱裂解;熱紅聯(lián)用技術(shù);升溫速率中圖分類(lèi)號:TQ336.1;0657.33文獻標志碼:B文章編號:1000-890X(2014)120758-03近年來(lái),我國汽車(chē)保有量快速增長(cháng),廢舊輪胎20g的輪胎顆粒,用約150mL濃度為1的產(chǎn)生量也隨之大幅度增加。大量廢舊輪胎被丟mol·L的硫酸浸泡48h,然后用水清洗,放入棄或露天堆放,對環(huán)境造成嚴重污染,同時(shí)也是一80℃烘箱中烘至質(zhì)量恒定。種資源的極大浪費。廢舊輪胎處理是近年來(lái)的1.2試驗儀器及條件個(gè)重要研究課題,對資源利用和環(huán)境保護具有重STA409PC型熱紅聯(lián)用儀,德國耐馳公司產(chǎn)大意義12,國內對熱裂解法回收處理廢舊輪胎品; VERTEX70型傅里葉轉換紅外光譜(FTIR)進(jìn)行了大量研究,也已取得了一定的成果,但在技儀,德國布魯克公司產(chǎn)品。術(shù)及經(jīng)濟成本方面仍有待改進(jìn)5不同輪胎的橡膠化學(xué)組成不同,其熱裂解的將樣品置于氧化鋁坩鍋中,氮氣氣氛(流速為產(chǎn)物也會(huì )有差別。一般輪胎熱裂解的主要產(chǎn)物由60mL·min-1),升溫速率分別為5,20和50氣體、液體和固體殘渣三部分組成,氣體主要是水℃·min-1,樣品質(zhì)量分別為12.860,13.910和蒸氣、二氧化碳以及甲烷等烷烴小分子可燃性氣15.856mg,從室溫(30℃)至800℃線(xiàn)性升溫。體,可以直接燃燒;液體產(chǎn)物主要為長(cháng)鏈的烷烴熱分析與紅外氣體池之間連接導管恒溫于230烯烴和苯系物等,大部分可以進(jìn)一步分離提純成℃。熱紅聯(lián)用時(shí)FTIR儀測試范圍為600~400化學(xué)試劑和燃油);固體殘渣主要是炭黑,可以作cm,分辨率為8cm-1,單一譜圖的實(shí)時(shí)性?huà)呙铻榛钚蕴亢凸腆w燃料使用[。次數設置為16。本工作利用熱紅聯(lián)用技術(shù)的實(shí)時(shí)特性對廢舊輪胎的熱裂解行為進(jìn)行分析,研究升溫速率對廢2結果與討論舊輪胎熱裂解行為的影響。2.1廢舊輪胎的紅外光譜分析廢舊輪胎酸浸泡后的衰減全反射(ATR)紅1實(shí)驗外光譜如圖1所示,掃描范圍為650~40001.1原材料及預處理cm-1,分辨率為4cm-1,掃描32次。對比標準譜將廢舊輪胎剪成5~10mg的小顆粒,稱(chēng)量庫,圖1中1431,963,909,754和697cm處的基金項目:廣東省教育廳科研項目(2013LYM_091);2014峰歸屬于丁苯橡膠(SBR),其中697cm-1處為苯江門(mén)市科技計劃項目(009195);五邑大學(xué)校青年基金資助項目環(huán)取代的特征峰,是苯乙烯的彎曲振動(dòng)峰;1373(30622005)cm-1處的峰智作者簡(jiǎn)介:胡林順(1983-),男,江西吉安人,五邑大學(xué)分析測中國煤化⊥(NR)的甲試中心實(shí)驗師,碩士從事化學(xué)分析和高分子材料的分析研發(fā)工作基振動(dòng)峰;8CNMH為氯化于通信聯(lián)系人基橡膠(CI4能以媽證峰8。由此第12期胡林順等.廢舊輪胎熱裂解行為的熱紅聯(lián)用研究7590.085001000150020002500300035004000波數/cm-10100200300400500600700800溫度/℃圖1硫酸浸泡后的廢舊輪胎ATR紅外光譜(a)TG初步判斷該廢舊輪胎的成分主要為SBR,NR和CIR。2.2廢舊輪胎的熱裂解分析3種不同升溫速率下的熱重(TG)和熱質(zhì)量損失率(DTG)曲線(xiàn)如圖2所示。由圖2(b)可見(jiàn),熱裂解為兩個(gè)階段,第1階段主要為NR的裂解,5E水第2階段主要為合成橡膠(SR)的熱裂解,其階段峰值溫度(Tmx)以及時(shí)間(t)相關(guān)數據見(jiàn)表1。25對比第1和2階段的峰值溫度可以看到,升溫速0100200300400500600700800率50,20和5℃·min-1的峰值溫度規律性地依溫度/℃次遞減,這主要是由樣品的熱弛豫造成的。升溫速率/(℃·min-1):1-5樣品的差示掃描量熱(DSC)曲線(xiàn)如圖3所圖2廢舊輪胎熱分析的TG和DTG曲線(xiàn)表1廢舊輪胎熱裂解兩個(gè)階段的峰值溫度相對應的時(shí)間點(diǎn)及其質(zhì)量保持率升溫速率/質(zhì)量保持率/%Rt1/mint2/minTmx/℃76.8067.5437.0342.5541.275.32391.0457.021.878.34400.07.7468.0387.3619.0現為兩個(gè)階段,均表現為放熱峰,400℃之前的放放熱熱峰主要為NR的解聚,對應TG曲線(xiàn)中的第1階段;緊接著(zhù)出現第2階段的裂解放熱,主要是SR的裂解,對應TG曲線(xiàn)中的第2階段3種升溫速率的裂解產(chǎn)物質(zhì)量保持率相差很小,但是反應時(shí)間卻相差很大,從時(shí)效性方面考慮高速升溫有利。對比表1中DTG和DSC的峰值溫度,第1階段DTG高于DSC,第2階段DTG0100200300400500600700800卻低于DSC,進(jìn)一步說(shuō)明第2階段主要為SR裂注同圖2。解,因為SR的活化能大于NR。圖3廢舊輪胎熱裂解的DSC曲線(xiàn)2.3裂解產(chǎn)竹公中國煤化工示。由圖3可見(jiàn),隨升溫速率減小,峰值溫度同樣不同升譜如圖4所為依次遞減(詳細數據見(jiàn)表1),DSC曲線(xiàn)同樣表示。由圖4CNMHG速率下的熱760橡膠工業(yè)2014年第61卷1454cm-1處苯環(huán)的振動(dòng)峰、3020和3074cm-1處苯環(huán)上的碳氫鍵振動(dòng)峰,說(shuō)明第1階段NR和0.020SR同時(shí)發(fā)生熱裂解。第1階段升溫速率為50.015℃·min-1的裂解產(chǎn)物紅外光譜中1377和14610.010cmˉ處的兩個(gè)峰的峰強度明顯較弱,甲基和亞甲0.005基數目相對較少,說(shuō)明低升溫速率時(shí)NR斷鏈成8000分子鏈更長(cháng)的成分。由此可得出,快速升溫有利0.0056000于橡膠中高分子裂解成相對分子質(zhì)量小的成分,即有利于得到氣體和輕質(zhì)油。第2階段歸屬于波數cm2000400NR的1377和1461cm‘處的振動(dòng)峰強度相對值(a)升溫速率為5℃·min明顯下降,SR的特征峰強度相對增強,主要為SR的裂解,與熱分析結論一致。3結論0.03運用熱紅聯(lián)用技術(shù)研究廢舊輪胎的熱裂解。結果表明,廢舊輪胎的熱裂解過(guò)程有兩個(gè)明顯階0.02段,低溫階段主要為NR裂解,同時(shí)部分SR也發(fā)生熱裂解,高溫階段主要為SR的裂解。熱分析數據顯示升溫速率對廢舊輪胎的轉化率影響不波數/cm大。FTIR分析可見(jiàn),升溫速率對廢舊輪胎裂解(b)升溫速率為20℃·min-1產(chǎn)物的成分影響很大,快速升溫有利于得到相對分子質(zhì)量小的成分。參考文獻:[1]王壽文,單國玲我國輪胎工業(yè)現狀分析及發(fā)展策略[J].輪胎工業(yè),2008,28(9):526-530.[2]孫玉海,蓋國勝,張培新我國廢橡膠資源化利用的現狀和發(fā)展趨勢[].橡膠工業(yè),2003,50(9):760-763.[3 Williams P T, Brindle A J. Catalytic Pyrolysis of Tyres: In-fluence of Catalyst Temperature [J]. Fuel, 2002,81(18):2425-2434波[4] Boxiong S, Chunfei W, Binbin G, et al. Pyrolysis of wasteTyres with Zeolite USY and ZSM-S Catalysts[J]. Applied(c)升溫速率為50℃·min-1Catalysis. B Environmental, 2007, 73(12): 150-157.圖4廢舊輪胎不同升溫速率下的熱裂解產(chǎn)物FTIR譜[5崔洪楊建麗,劉振字廢舊輪胎熱解行為的TG/DTA研究裂解產(chǎn)物不同。[].化工學(xué)報,1999,50(6):826-833第1階段紅外光譜出現的主要振動(dòng)峰為6]曹青,劉崗,鮑衛仁,等生物質(zhì)與廢輪胎共熱解及催化對熱1377和1461cm-1處的峰以及2281,2927和解油的影響[].化工學(xué)報,2007,58(5):1283-12892958cm-1處的峰,歸屬于甲基和亞甲基的振動(dòng)[冂]李炳炎,于寶林,劉敏炭黑技術(shù)講座第2講炭黑的結構和性質(zhì)(續二)[].橡膠工業(yè),2007,54(5):318-319峰,可以推斷該階段主要是NR的裂解,與熱重分[8]王正熙.聚中國煤化工都:四川大學(xué)出析的結論一致;同時(shí)出現了813cm-1處CIR的版社,1989:YHCNMHGC—Cl振動(dòng)峰,1647cm-處SBR的雙鍵振動(dòng)峰嘆響日期:201406-19