聚氯乙烯(PVC)废塑料的热解热性

2023-01-04

聚氯乙烯是城市固体废弃物焚烧二噁英的主要来源之一,一般认为,聚氯乙烯热解过程可以分为两个阶段,第一阶段为氯化氢气体的释放过程,第二阶段为碳氢化合物的释放过程。在300°C,氯脱除效率最高,99.5%的氯会在聚氯乙烯熔融之后的1分钟之内被脱除。较高的气体流量和聚氯乙烯塑料中含有的添加剂可以促进氯的脱除,但对最终的氯脱除效率没有影响。聚氯乙烯在600°C热解主要碳氢化合物产物为脂肪烃和芳香烃,芳香烃产物比脂肪烃产物要多,并且在芳香烃产物中,苯环是最主要的产物。

氯化氢气体的释放是导致聚氯乙烯塑料热不稳定的最主要原因,一般认为,脱氯反应为一个链式反应,包括链引发、链增长和链终止几个过程。链引发通常是由于聚氯乙烯塑料分子内部的缺陷结构比如烯丙基Cl和叔碳Cl等结构引发的。离子机理是指C-Cl键完全电离,形成一个离子对,氯离子由于带负电,对氢原子有很强的吸附作用,易生成一个氯化氢分子,产生一个碳碳双键。而类离子机理是指C-Cl键并不完全电离,而是伴随明显的电荷分离,形成一个四核过渡态,然后生成一个氯化氢分子,产生一个碳碳双键的过程。

聚氯乙烯热解焦油产物主要为芳香族化合物,因此环化/芳香化反应在聚氯乙烯热解过程中占有非常重要的地位,然而目前还不清楚环化/芳香化反应到底是什么时候发生的。有人研究聚氯乙烯热解过程时发现,苯环和氯化氢气体是同时产生的,表明芳香化反应可能在脱氯初始阶段就已经发生了。但是,也有人认为在脱氯阶段只会发生氯化氢气体的释放,并不会生成芳香族碳氢化合物,环化/芳香化反应可能会终止脱氯过程并生成多环芳烃网状结构的焦。

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