廢有機(jī)玻璃的熱降解研究.pdf

1、背景及意義 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，俗稱有機(jī)玻璃，是一種重要的熱塑性材料，它具有優(yōu)異的光學(xué)性能和表面性能，以及良好的耐候性、加工性能和機(jī)械性能。自30年代問世以來，有機(jī)玻璃已廣泛應(yīng)用于航空、建筑、交通車輛等許多領(lǐng)域。隨著其生產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，每年都有大量來自于生產(chǎn)和消費(fèi)方面的廢棄物產(chǎn)生。由于這些廢棄物很難在自然條件下降解，給環(huán)境帶來巨大壓力。與一般塑料相比，有機(jī)玻璃的價格較貴，其熱降解后單體的回收率可高達(dá)90％以上，這

2、一特點不僅為其廢料的處理找到了有效的途徑，而且降解產(chǎn)生的甲基丙烯酸甲酯單體也為有機(jī)玻璃等其它化工產(chǎn)品的再生產(chǎn)提供了重要原料。因此，對廢有機(jī)玻璃再生甲基丙烯酸甲酯單體的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。 目前，對有機(jī)玻璃熱降解工藝條件的探索大多聚焦于改變傳熱介質(zhì)提高熱分解效率或改善工藝流程提高單體的收率，而從動力學(xué)角度出發(fā)，優(yōu)化廢有機(jī)玻璃降解條件方面的研究很少見報道。本文利用熱分析技術(shù)，對金屬氧化物、硫酸鹽以及金屬存在條件下，廢有機(jī)玻璃

3、的熱降解動力學(xué)進(jìn)行研究，并對該過程的熱解機(jī)理進(jìn)行了探討。旨在利用催化降解的方法改善廢有機(jī)玻璃熱降解的工藝條件，為廢有機(jī)玻璃再資源化的工業(yè)化設(shè)計提供有益的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 2本論文的研究內(nèi)容●廢有機(jī)玻璃的熱降解過程及產(chǎn)物分析； ●金屬氧化物對廢有機(jī)玻璃熱降解過程的影響； ●廢有機(jī)玻璃在硫酸鹽存在條件下的熱降解動力學(xué)研究； ●廢有機(jī)玻璃在金屬氧化物以及硫酸鹽存在條件下的熱降解機(jī)理探討。 3本論文的

4、創(chuàng)新之處●率先研究了金屬氧化物以及硫酸鹽對廢有機(jī)玻璃熱降解過程的影響，并對所試催化劑的催化活性進(jìn)行了比較； ●首次利用熱分析手段對廢有機(jī)玻璃的催化熱降解動力學(xué)進(jìn)行研究，并提出了新的熱解機(jī)理。 4結(jié)論●廢有機(jī)玻璃熱降解的主要產(chǎn)物為甲基丙烯酸甲酯，裂解液產(chǎn)率約92％，其中甲基丙烯酸甲酯的含量約為97％。 ●在實驗所試的金屬氧化物及硫酸鹽存在下，廢有機(jī)玻璃熱降解過程的表觀活化能值均有所降低。其裂解機(jī)理可能是：金屬

5、離子與碳自由基側(cè)鏈的羰基氧結(jié)合，形成了一種中間態(tài)，減弱了酯基對自由基的共軛效應(yīng)，從而增大了自由基的活性，促使了該降解反應(yīng)的進(jìn)行。其中，金屬離子與羰基氧結(jié)合的難易程度直接影響了其催化作用的大小。 ●根據(jù)熱重實驗分析的結(jié)果，所試5種金屬氧化物中，MgO對廢有機(jī)玻璃初始降解溫度及降解表觀活化能的影響最為顯著。各氧化物對該熱降解過程顯示的催化活性由高到低的順序為：MgO＞CaO＞Fe2O3＞Al2O3＞CuO。 ●MgO存在

6、下，廢有機(jī)玻璃熱降解的Ea為153.08kJ/mol，指前因子A為4.27×1012min-1，初始降解溫度下的速率常數(shù)k為1.56×10-3min-1。氧化鎂與廢有機(jī)玻璃的質(zhì)量比為1∶10時，裂解液的產(chǎn)率最高。 ●根據(jù)熱重分析的結(jié)果，所試五種硫酸鹽對廢有機(jī)玻璃熱降解所顯示的催化活性由高到低的順序為：Fe2(SO4)3＞Al2(SO4)3＞MgSO4＞CuSO4＞BaSO4。 ●金屬單質(zhì)對廢有機(jī)玻璃熱降解反應(yīng)的影響與