廢舊輪胎熱解的熱重分析

王林郁 (長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院采礦測(cè)量工程系，山西 長(zhǎng)治 046011)

廢舊輪胎熱解的熱重分析

王林郁 (長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院采礦測(cè)量工程系，山西 長(zhǎng)治 046011)

利用微商熱重法(DTG)對(duì)廢舊輪胎在氮?dú)鈿夥罩械臒峤馐е剡M(jìn)行了初步的研究。研究結(jié)果顯示，廢舊輪胎在氮?dú)鈿夥罩械臒峤庥幸粋€(gè)明顯的失重區(qū)，當(dāng)溫度達(dá)到500℃時(shí)已有60%以上的組分發(fā)生了熱解，而此后熱解速率降低。此外升溫速率可改變廢舊輪胎的熱解歷程,而氮?dú)饬魉賹?duì)廢舊輪胎的熱解影響不大。

廢舊輪胎；熱解；熱重；升溫速率；氮?dú)饬魉?/p>

熱分析方法有很多種，但最常用的方法有熱重法(TG)和差熱分析法(DTA)，而微商熱重法(DTG)是能同時(shí)記錄TG曲線(xiàn)對(duì)溫度或時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)的一種方法。運(yùn)用微商熱重法(DTG)在對(duì)物質(zhì)熱分析時(shí)，會(huì)同時(shí)得到TG和DTG 2條曲線(xiàn)：TG曲線(xiàn)可以反映出在不同溫度下樣品的失重情況；DTG曲線(xiàn)上峰的個(gè)數(shù)則可以反映樣品熱解失重是分幾個(gè)階段來(lái)進(jìn)行的。為此，筆者采用微商熱重法對(duì)廢舊輪胎在氮?dú)鈿夥罩械臒峤馐е剡M(jìn)行了初步的研究。

1 試驗(yàn)部分

1.1儀器和樣品

1)儀器 試驗(yàn)采用的是德國(guó)NETZSCH公司生產(chǎn)的型號(hào)為STA 409C的熱天平和由SHIMADZU PHILPPINES MANVFACTURING INC(SPM)廠家生產(chǎn)的型號(hào)為AW120的電子天平；測(cè)量范圍：0～120g；測(cè)量精度：0.1mg。

2)樣品 試驗(yàn)所用的樣品為廢舊輪胎Waste Tyre (WT)，選用青島綠葉橡膠有限公司生產(chǎn)的廢舊輪胎膠粉。

1.2試驗(yàn)方法

向加熱爐的坩堝內(nèi)加入50mg左右的廢舊輪胎樣品，同時(shí)向加熱爐通入高純的氮?dú)怛?qū)出加其中的空氣。氮?dú)饬魉佟⑸郎厮俾省⑸郎亟K溫和保溫時(shí)間均由程序設(shè)定。試驗(yàn)的整個(gè)進(jìn)程由儀器自動(dòng)記錄重量變化的信號(hào)；反應(yīng)完成后，儀器冷卻后取出試樣，觀察試樣的變化情況。用ORIFIN軟件直接處理所有數(shù)據(jù)、圖表及計(jì)算，可以減少處理數(shù)據(jù)所帶來(lái)的誤差。

1.3測(cè)定條件

氣氛：N2；N2流量：20、30、90ml/min；升溫速率：10、30℃/min；終溫：1000℃；終溫保留時(shí)間：20min。

2 結(jié)果與討論

2.1廢舊輪胎在各種條件下的熱解

各種條件下廢舊輪胎的TG/DTG曲線(xiàn)如圖1所示。由圖1可以看出，不論是何種條件，得出的TG/DTG曲線(xiàn)基本相似，所以以圖1(d)為代表來(lái)分析廢舊輪胎在氮?dú)庵袩峤獾倪^(guò)程。

從圖1(d)可以看出，廢舊輪胎熱解有一個(gè)明顯的失重區(qū)域，在這個(gè)失重的區(qū)域內(nèi)，劇烈失重出現(xiàn)在300℃左右開(kāi)始，失重速率達(dá)到最大時(shí)的溫度為396.3℃左右。廢舊輪胎的高溫?zé)峤馐е卮笾驴梢苑譃?個(gè)階段：①低溫時(shí)包括有少量水分、焦油、揮發(fā)性物質(zhì)和有關(guān)增塑劑的逸出；②隨著溫度的升高，天然橡膠裂解[1-4]；③高溫階段是合成橡膠的裂解[5]。

圖1 各種條件下廢舊輪胎的TG/DTG曲線(xiàn)

2.2升溫速率對(duì)熱解過(guò)程的影響

不同升溫速率時(shí)的DTG曲線(xiàn)如圖2所示，從圖2可以看出不同升溫速率會(huì)影響樣品的失重速率：隨β(升溫速率)的增加，最大失重速率也隨之增大，失重反應(yīng)段的溫度區(qū)間也明顯變寬，熱解反應(yīng)達(dá)到最大失重速率的溫度提前。升溫速率對(duì)廢舊輪胎熱解的影響比較大，可能是因?yàn)閺U舊輪胎是不均勻的固體物質(zhì)組成的，不同溫度段析出不同的成分，所以廢舊輪胎的熱解不可能出現(xiàn)的是單個(gè)峰，而是由各成分的峰疊加起來(lái)的。而且隨著升溫速率的改變各組分的特性特征也是不同的，所以可以根據(jù)需要的目的產(chǎn)物來(lái)控制升溫速率從而來(lái)控制反應(yīng)的過(guò)程。

2.3氮?dú)饬魉賹?duì)熱解過(guò)程的影響

不同N2流速時(shí)的TG曲線(xiàn)如圖3所示，從圖3中可以清晰地看出：在低溫區(qū)，氮?dú)獾牧魉賹?duì)樣品失重影響不大。但在廢舊輪胎可分解組分分解接近完全時(shí)，當(dāng)?shù)獨(dú)饬魉俚陀?0ml/min時(shí)，廢舊輪胎樣品在420～900℃還有一個(gè)逐漸失重的過(guò)程；而當(dāng)?shù)獨(dú)饬魉俪^(guò)30ml/min時(shí)，廢舊輪胎樣品可分解組分接近于完全分解。因此，氮?dú)饬魉賹?duì)廢舊輪胎熱解會(huì)產(chǎn)生影響，主要原因是當(dāng)?shù)獨(dú)饬魉佥^低時(shí)，氮?dú)獠荒芗皶r(shí)帶走熱量，使顆粒內(nèi)外溫差變大，有可能影響內(nèi)部熱解的進(jìn)行。

圖2 不同升溫速率時(shí)的DTG曲線(xiàn)

圖3 同N2流速時(shí)的TG曲線(xiàn)

4 結(jié) 論

通過(guò)TG/DTG分析，廢舊輪胎的熱解有一個(gè)很明顯失重區(qū)，即廢舊輪胎的快速熱分解發(fā)生在200℃左右，分解速率最大發(fā)生在396.3℃左右，當(dāng)溫度達(dá)到500℃時(shí)就有60%以上的組分發(fā)生分解，溫度再升高分解速率會(huì)降低，但其后失重百分率相差很小；升溫速率對(duì)廢舊輪胎的熱解影響比較大，同時(shí)也比較復(fù)雜，即隨著升溫速率的提高而最大失重速率明顯增大，同時(shí)失重反應(yīng)段的溫度區(qū)間也會(huì)變寬，而且熱解達(dá)到最大失重速率的溫度也會(huì)提前，但升溫速率變化對(duì)快速失重的失重百分率影響不大；氮?dú)饬髁繉?duì)熱解的影響不大。

[1]Leungdyc，Wang C L.Kinet ic Study of Scrap T yre Pyrolysis and C om bust ion[J].Journal of Analyt ical and Appli ed Pyroly sis， 1998，45(2)：153-159.

[2]Kawakami S， Lnou E K， Tenaka H， et al. Thermal Convers ion of Solid Wasters and Biomass[A]. American Chemical Society Symposium Series 130[C].Washington， 1980：423-557.

[3]崔洪，楊建麗，劉振宇.廢舊輪胎熱解行為的TG/DTA研究[J].化工學(xué)報(bào)，1999，50( 6)：826-833.

[4]Larsen M B， Schultz L， Glarbor P， et al.Devolatilization Characteristics of Large Particles of Tyre Rubber under Combustion Conditions[J].Fuel，2006，85(10 /11)：335-1345.

[5]蘇亞欣，張先中，趙兵濤.廢輪胎粉的熱解特性及其動(dòng)力學(xué)模型[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008(6)：740-743.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.005

TQ330.56

A

1673-1409(2012)01-N012-03