废弃线路板粉末热解油脱溴和轻质化的研究

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废弃印刷线路板(Waste Printed Circuit Boards,简称WPCBs)是典型的电子废弃物,具有种类繁多、数量巨大、增长迅速的特点。WPCBs是目前增长速度最快的危险固体废弃物,如何开展清洁、有效和安全的处理方式或资源化利用成为人们关注的重点和研究难点。WPCBs主要成分包括有机高分子树脂、玻璃纤维和铜等贵重金属。此外,WPCBs中含有多种有价值金属(如金、银等),被人们称为“城市矿山”,具有较高的资源回收价值。回收贵重金属后,剩余组分主要是含溴树脂和玻璃纤维。但是由于溴化阻燃剂的存在,在热解过程中会发生溴的迁移,降低热解液体和热解气的品质,增加其资源利用和提取化工原料的难点。本文在单组分添加剂热解催化废线路板粉末基础上,着重考察组合添加剂对热解油脱溴和轻质化的提高效果,从而达到提高热解油资源利用的价值的目的,为热解油资源化利用提供理论依据。首先,本文以分离金属后的废线路板粉末(简称WPCBs粉末)热解回收得到的热解油作为研究对象,进行常压沸点蒸馏试验,并联合元素分析仪和气质联用仪(GC/MS)对各馏分进行分析。试验结果表明:热解油各馏分主要是芳香烃化合物,碳氢比(C/H)在0.8左右,并含有少量的N和S;热解油含有的物质以苯酚为主,此外,包括2-甲基苯酚,3-甲基苯酚,对异丙基苯酚等有机物;热解油中溴主要以溴代苯酚物质为主。此外,热解油中的溴基本分布在0300℃馏分中,其分布较广泛。然后,本文研究了热解过程中加入典型添加剂对WPCBs粉末热解油脱溴或轻质化的影响。结果表明,CaCO3和Fe3O4对WPCBs粉末热解油脱溴具有明显效果,4A和Al2O3分子筛能明显改善WPCBs粉末热解油轻质化程度。加入Fe3O4后,热解液相产物中水相无机溴含量从283.04 mg/g降低至37.65 mg/g,去除率为86.70%;热解液相产物中油相(简称热解油)有机溴的含量从151.13 mg/g降低到18.16 mg/g,去除率为87.98%。使用Al2O3分子筛后,热解油中馏分含量最高的是0200℃(汽油组分),可达42%,柴油组分(200350℃)有45%,而13%的含量是重油组分(≥350℃);热解油中主要以C6C9峰为主,含量有72%,而C15峰降低到12%。热解油GC/MS分析结果表明,使用不同脱溴剂/分子筛催化热解WPCBs粉末可提高苯酚的含量,降低4-异丙基苯酚和双酚A的含量。苯酚含量从没有添加时的30.43%提高至38.81%(Fe3O4),双酚A从没有添加时24.52%最低降至8.25%。关于热解油脱溴,使用Fe3O4时可大大降低热解油中总溴含量,含量约为2.94%。最后,本文在上述单组分添加剂的现有研究上,进一步研究了组合添加剂(CaCO3+4A/Al2O3、Fe3O4+4A/Al2O3)对WPCBs粉末热解油脱溴和轻质化的影响。结果表明,组合添加剂的效果明显优于单组分添加剂。采用Fe3O4:4A=1:1催化热解WPCBs粉末时回收到的热解油产率有12.23%,有机溴含量从18.16 mg/g(Fe3O4)降低至10.87 mg/g,热解油热值提高至33.27 MJ/kg,C6C9含量从72%(Al2O3分子筛)提高到75.09%,0200℃馏分温度的物质含量从42%(Al2O3分子筛)提高到52.02%,苯酚含量提高到41.53%。
摘要第4-6页
ABSTRACT第6-7页
第一章 绪论第16-32页
    1.1 课题研究背景及意义第16-17页
    1.2 热解法在WPCBs处理处置的应用第17-29页
        1.2.1 热解法在WPCBs处理处置的研究第18-19页
        1.2.2 热解特性研究第19-20页
        1.2.3 热解产物研究第20-21页
        1.2.4 热解脱溴研究第21-23页
        1.2.5 热解产物资源化/轻质化利用研究第23-25页
        1.2.6 不同热解技术的研究第25-29页
    1.3 课题来源、研究目的、研究内容和研究路线第29-32页
        1.3.1 课题来源第29页
        1.3.2 课题研究目的第29-30页
        1.3.3 课题研究内容第30页
        1.3.4 课题研究路线第30-32页
第二章 材料与方法第32-41页
    2.1 试验材料第32-33页
    2.2 试验设备和药剂第33-34页
        2.2.1 主要的试验药剂第33页
        2.2.2 试验仪器第33-34页
    2.3 热解试验第34-36页
    2.4 常压沸点蒸馏试验第36-37页
    2.5 分析方法第37-41页
        2.5.1 元素分析第37页
        2.5.2 工业分析第37-38页
        2.5.3 热解液相产物中Br含量测定第38页
        2.5.4 热解油GC/MS分析第38-39页
        2.5.5 热解油GC/FID分析第39-40页
        2.5.6 扫描电镜第40页
        2.5.7 X射线荧光衍射第40-41页
第三章 WPCBs粉末热解油成分分析第41-59页
    3.1 热解油各馏分含量第41-42页
    3.2 热解油各馏分的元素分析第42-43页
    3.3 热解油原油及其不同馏分GC/MS分析结果第43-57页
        3.3.1 0~150℃馏分的分析结果第43-44页
        3.3.2 150~200℃馏分的分析结果第44-46页
        3.3.3 200~250℃馏分的分析结果第46-49页
        3.3.4 250~300℃馏分的分析结果第49-52页
        3.3.5 300~350℃馏分的分析结果第52-55页
        3.3.6 热解油原油的分析结果第55-57页
    3.4 本章小结第57-59页
第四章 典型单组分添加剂对WPCBs粉末热解油脱溴/轻质化的影响第59-73页
    4.1 脱溴剂对热解油脱溴的影响第59-63页
        4.1.1 脱溴剂对热解三相产物产率的影响第59-60页
        4.1.2 脱溴剂对热解液体中有机、无机溴分布的影响第60-61页
        4.1.3 脱溴剂对热解油成分的影响第61-63页
    4.2 分子筛对WPCBs粉末热解油轻质化的影响第63-71页
        4.2.1 分子筛基本性质第63-65页
        4.2.2 分子筛对热解三相产物产率的影响第65-66页
        4.2.3 热解油馏程分布第66-68页
        4.2.4 热解油碳数分布第68-69页
        4.2.5 分子筛对热解油成分的影响第69-71页
    4.3 本章小结第71-73页
第五章 组合添加剂对WPCBs粉末热解油脱溴和轻质化的影响第73-95页
    5.1 不同组合添加剂对热解油脱溴和轻质化的影响第73-82页
        5.1.1 对热解三相产物产率的影响第73-74页
        5.1.2 对热解液体中有机、无机溴分布的影响第74-76页
        5.1.3 对热解油热值的影响第76-77页
        5.1.4 热解油馏程分布第77-79页
        5.1.5 热解油碳数分布第79-80页
        5.1.6 对热解油成分的影响第80-82页
    5.2 Fe_3O_4和4A的比例对热解油脱溴和轻质化的影响第82-92页
        5.2.1 对热解三相产物产率的影响第82-84页
        5.2.2 对热解液体中有机、无机溴分布的影响第84-86页
        5.2.3 对热解油热值的影响第86页
        5.2.4 热解油馏程分布第86-88页
        5.2.5 热解油碳数分布第88-89页
        5.2.6 对热解油成分的影响第89-92页
    5.3 本章小结第92-95页
结论与展望第95-98页
    结论第95-96页
    创新点第96页
    展望第96-98页
参考文献第98-108页
攻读硕士学位期间主要发表的论文第108-111页
致谢第111页
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