基于微波辐照的废线路板热解特性研究及溴元素迁移转化机理分析
废印制电路板（WPCBs）属于典型的危险废物，由于其产量大、成分复杂、毒性强、回收困难，通常很难安全处置和有效回收。本文采用自主设计的螺杆移动床微波热解设备，并结合在线和离线现代分析技术和表征方法对WPCBs进行热解实验研究。考察了热解温度及三种矿物质添加剂（Ca(OH)2、K2CO3和Fe2O3）对三相产物的热解特性及溴元素迁移转化的影响，并探讨了微波辅助螺杆热解（MWAP）过程中的能量平衡与潜在的综合回收方法，提出了添加剂存在下含溴污染物演化的可能转化机制，对WPCBs的环保处理和高效能源回收有重大意义。 （1）550℃下WPCBs中的有机物几乎被完全回收（88.03%），冷凝液产率最高为22.66wt%，其中溴化化合物含量较低（1.83%），酚类回收率较高（80.4%）。低含水率（0.5~2%）的热解油（PO）可直接从冷凝液中分离出来。热解残渣中玻璃纤维和碳粉末（ID/IG=1.29）可通过球磨分离，Br和S主要残留在碳粉末中。750℃下CO和H2的产率最高，分别为11.61和1.5wt%。550℃时能量回收率（90.25%）和能源效率（72%）达到最高。WPCBs在MWAP过程中的分解途径可归纳为：聚合物解聚、化学键断裂、自由基反应和二次裂解反应。 （2）三种添加剂对比表明：K2CO3添加下，热解残渣产率最高（56.39wt%），可形成具有更大比表面积和更多活性位点的多孔炭，促进了PO中呋喃衍生物、有机溴和含氮化合物的裂解，使其分别降低至5.82、0和1.19%；Ca(OH)2添加下，PO（27.78wt%）与H2（1.14wt%）产率最高，酚类环合脱氢生成苯并呋喃的反应增强，使其含量分别降低至73.17%和显著增加至11.68%，芳香烃的裂解和脱氢反应增强；Fe2O3添加下，热解气产率最高（22.66wt%），烷基酚类生成呋喃衍生物的二次反应、芳香环上烷基侧链的裂解以及重整反应增强，使烷基酚类和多环酚类分别降低至31.31%和9.69%。 （3）550℃时WPCBs中的溴主要以无机溴形式存在于炭中(~56%)，并随温度的升高向油相与气相转移。Ca(OH)2显著促进了WPCBs中有机溴的降解，而K2CO3和Fe2O3抑制了芳香族有机溴的生成和促进了更多小分子含溴气体（如HBr和CH3Br）的生成。与Ca(OH)2和Fe2O3相比，K2CO3更能有效抑制含溴污染物的排放（减少约50%）和促进溴在炭中的固定（~95.7%）。K2CO3存在下溴的转化机制可总结为：HBr可通过酸碱中和反应转化为炭中的KBr；对于溴原子与脂肪族氢相邻的有机溴，K2CO3通过脱氢溴化和中和反应促进其转化为烯烃和KBr；对于溴甲烷以及溴原子与芳香族氢相邻的有机溴，K2CO3的负电荷氧通过攻击其正电荷碳促进Ph-Br键的裂解，形成KBr和酚类/苯。
废印制电路板;催化热解;微波加热;溴;反应机制
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
代建军
2022
中文
X705
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）