微藻與塑料混合熱解的熱解特性和動力學研究

唐紫玥 ，陳 偉 ，陳 旭 ，陳應泉 ，胡 強 ，成 偉 ，楊海平,* ，陳漢平

（1. 華中科技大學 能源與動力工程學院 煤燃燒國家重點實驗室, 湖北 武漢 430074；2. 南京農(nóng)業(yè)大學 工學院, 江蘇 南京 210095；3. 武漢輕工大學 硒科學與工程現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院, 湖北 武漢 430023）

隨著世界能源需求的快速增加，化石能源枯竭以及環(huán)境污染問題加劇，開發(fā)可再生、環(huán)境友好型的新型能源迫在眉睫，而生物質(zhì)能是極具前景的可再生能源[1]。微藻作為第三代生物質(zhì)能源，因其生長速率快，CO2利用率高，廢水凈化能力強，生物油產(chǎn)率高等優(yōu)點而備受矚目[2,3]。此外，熱化學轉(zhuǎn)化能最大限度地將微藻轉(zhuǎn)化為生物油，并保存大部分能量，因此，熱化學轉(zhuǎn)化技術(shù)可能成為最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一[4,5]。有研究發(fā)現(xiàn)，微藻熱解油產(chǎn)率能達到75%，并具有較高的高位發(fā)熱量（約42 MJ/kg），可媲美于石油[6]。然而與木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)不同的是，微藻中含有豐富的蛋白質(zhì)，從而導致微藻熱解油氮含量較高[7]。Campanella等[8]發(fā)現(xiàn)，微藻熱解油中的氮和氧含量能分別達到12%和30%。油中的高氮/氧含量會導致液體油具有不穩(wěn)定性，發(fā)熱量低，高黏性等缺點，并在燃燒過程中產(chǎn)生NOx，造成環(huán)境污染[9]。為了降低液體油中的含氮、含氧化合物含量，提高微藻熱解油品質(zhì)，混合熱解被廣泛研究[10]。

廢塑料作為共熱解原料能有效減少油中含氧化合物并提高生物油品質(zhì)[11]。此外，利用廢塑料作為共熱解原料還能緩解廢塑料帶來的環(huán)境問題以及實現(xiàn)能源回收[12,13]。Rahman 等[14]發(fā)現(xiàn)，松木與聚乙烯塑料混合催化熱解能提高液體油中汽油的選擇性，并顯著降低油中的含氧化合物含量。Chen 等[15]報道，高密度聚乙烯（HDPE）的存在可以促進廢報紙中的醛、酮類轉(zhuǎn)化為烴類，形成線狀長鏈醇，有利于輕質(zhì)烴的生成。Yuan 等[16]發(fā)現(xiàn)，聚乙烯熱解產(chǎn)生的H 能作用于纖維素熱解，并抑制脫水糖、醛、酮和呋喃等含氧基團的形成。

因此，為了進一步了解微藻和塑料混合熱解過程中的熱解特性以及揮發(fā)分釋放特性、以及對動力學的影響，探索微藻與塑料混合熱解機制。本研究選取了微擬球藻和聚乙烯塑料、聚丙烯和聚苯乙烯，研究了不同混合比例時微藻和塑料的混合熱解特性和揮發(fā)分釋放特性，并通過計算活化能研究混合熱解的相互作用機制，為塑料以及微藻生物質(zhì)的高值化利用提供科學參考。

1 實驗部分

1.1 材 料

微擬球藻 (Nannochloropsis sp.，NS)購自煙臺海榮生物科技有限公司，PE、PP 和PS 來源于中石油大慶有限公司。微藻、塑料樣品分別為粒徑小于350、120 μm 的粉末顆粒。實驗前在55 ℃的烘箱干燥24 h。原料的元素分析、工業(yè)分析分別通過TGA-2000 分析儀（Las Navas，西班牙）和CHNS/O元素分析儀（Vario Micro Cube，德國）進行測試。微藻主要由脂類（30.00%）、蛋白質(zhì)（40.80%）和少量的糖類（19.20%）組成，其C、H 含量較低（50.6%和7.3%），而O（29.4%）、N（6.7%）含量較高[22]，如表1 所示。而PE、PP 和PS 為高聚物，C 含量較高，并且PE 具有較高的H 含量（15.55%），其次是PP 塑料，為14.71%，而PS 中H 含量相對較低，與微藻接近。

表1 樣品的工業(yè)分析和元素分析Table 1 Proximate, ultimate analysis of samples and biochemical constituents of microalgae

1.2 熱重-紅外聯(lián)用（TG-FTIR）實驗

微藻和塑料混合熱解在配備了傅里葉變換紅外光譜儀（VERTEX 70, Bruker, Germany）的熱重分析儀（STA 449F3, NETZSCH Company, Germany）上進行。在熱重實驗前，將微藻和塑料以一定質(zhì)量比（m/m）混合均勻，塑料占比分別為0、25%、50%、75%和100%。然后?。?0±0.1） mg 的混和樣品置于氧化鋁坩堝中，氮氣（50 mL/min）氛圍下以10 ℃/min 從室溫升至800 ℃，并保溫10 min，產(chǎn)生的熱解揮發(fā)分進入FT-IR 檢測器。FT-IR 光譜儀和TG 分析儀用不銹鋼連接管連接，鋼管溫度為200 ℃。FT-IR 的掃描為4000-400 cm-1，分辨率為4 cm-1，每5 s 記錄一次FT-IR 吸光度。每次運行實驗，TG 和FT-IR 數(shù)據(jù)都減去背景，得到無干擾的結(jié)果。

1.3 分析方法

1.3.1 協(xié)同效應分析

微藻和塑料混合熱解過程中的協(xié)同效應通過比較實驗結(jié)果和計算結(jié)果的失重所得（ΔW），如下等式所示[23]：

式中，Wexperimetal為TG 實驗中實際的質(zhì)量損失，Wcalculated通過微藻和塑料單獨熱解時的TG 質(zhì)量損失之和計算得到：

式中，xm和xp分別為樣品中微藻和塑料所占的質(zhì)量分數(shù)，Wm和Wp分別為微藻和塑料單獨熱解時的TG 質(zhì)量損失。

下呼吸道感染就是肺炎，要警惕肺炎，肺炎并不可怕，也不是非要輸液，絕大多數(shù)的肺炎也是病毒性的，完全沒必要使用抗生素。就算使用抗生素，口服吸收也是很有效的。

混合熱解過程中的相互作用可用ΔW表現(xiàn)，例如ΔW為正，說明混合熱解表現(xiàn)為協(xié)同作用，如ΔW為負值，說明混合熱解表現(xiàn)為抑制作用。

1.3.2 動力學分析

非等溫熱解過程用一級反應的阿侖尼烏斯方程式來描述。根據(jù)Doyle 近似法和Coats-Redfern近似法可將一級反應的阿倫尼烏斯方程演變?yōu)槭剑?）和（4）[24]:

式中，α是生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，E（kJ/mol）和A分別為活化能和指前因子，R為通用氣體常數(shù)（8.314 J/(mol·K)）。由式（3）、（4）可擬合出公式左側(cè)與1/T的曲線為直線。因此，活化能E和前指數(shù)因子A可分別由直線的斜率和截距計算。

原料熱解過程的平均活化能Em如下所示：

式中，Ei分別為熱解過程中各溫度階段的活化能，ci為各熱解階段中的轉(zhuǎn)化率。此外，理論平均活化能Em.cal.由PE 和NS 單獨熱解時的平均活化能和樣品中混合比率計算所得。

2 結(jié)果與討論

2.1 混合熱解失重特性

圖1 為微藻、塑料及其混合熱解的失重曲線。微藻在163 ℃開始逐漸熱解，隨溫度升高，熱解速率加快，在321 ℃時熱解速率達到最大，此時微藻中碳水化合物和蛋白質(zhì)劇烈熱解。隨溫度繼續(xù)升高，熱解速率逐漸降低，在392 ℃時熱解速率降低得更為緩慢，這是因為當溫度超過392 ℃時主要是微藻中的脂類熱解。微藻三組分熱解溫度高低為：脂類＞蛋白質(zhì)＞碳水化合物，這與文獻中的結(jié)果一致[25,26]。從DSC 曲線可以看出，微藻在440 ℃之前出現(xiàn)微弱而寬泛的吸熱峰，而超過440 ℃時吸熱峰較為明顯，此時主要為脂類熱分解反應和熱解焦芳構(gòu)化形成焦炭，吸收熱量。當溫度達到540 ℃時，TG 曲線趨于平穩(wěn)，微藻熱解基本完成，殘留物產(chǎn)率為21.94%。

圖1 微藻與塑料混合熱解的TG 曲線（a）、（c）、（e）和DTG 曲線（b）、（d）、（f）Figure 1 TG curves and DTG curves of co-pyrolysis of microalgae and plastics

塑料熱解溫度較高，PE 在390-500 ℃迅速熱解，且在475 ℃時熱解速率達到最大值，并且?guī)缀鯖]有殘余物產(chǎn)生。PS 主要在310-445 ℃熱解，并在415 ℃時熱解速率達到最大，其殘余物產(chǎn)率僅為2.83%。PP 在310-480 ℃劇烈熱解，并在463 ℃時熱解速率最大，幾乎沒有殘余物生成。從DSC曲線發(fā)現(xiàn)，塑料在110 ℃時出現(xiàn)吸熱峰，對應塑料熔融吸熱，其中，PE 熔融吸熱最明顯，PS 吸熱峰較微弱。此外，PE 在360-480 ℃有一明顯的放熱峰，可能是PE 長鏈大分子開始解聚斷鍵，形成的自由基結(jié)合為小分子揮發(fā)分釋放大量熱量。PS 在365-450 ℃有一尖銳的吸熱峰，這說明PS 熱解過程主要為聚苯乙烯斷鍵吸收大量的熱，而無顯著的分子碎片結(jié)合反應放熱。而PP 在500 ℃時出現(xiàn)明顯的放熱峰，可能是PP熱解產(chǎn)生大量小分子碎片結(jié)合放出大量的熱，明顯超過解聚及斷鍵的吸收熱。

混合熱解時，原料開始熱解的溫度（Tin）隨塑料添加量增加而升高，同時熱解反應結(jié)束時對應的溫度（熱解終溫，Tend）也隨塑料增加而逐漸降低，而微藻主要熱解區(qū)間（Zone1）中的最大DTG值（DTG1max）對應的溫度T1max無明顯變化。而塑料主要熱解區(qū)間（區(qū)間2）最大DTG 值（DTG2max）對應的溫度T2max要高于塑料單獨熱解時的， 且DTG2max逐漸降低。同時，殘余物產(chǎn)率也隨塑料添加量增加而逐漸降低。微藻與PE、PS 和PP 塑料混合熱解時，熱解特性略有不同?；旌蠠峤鈺r的TG 失重與理論值的偏差△W如圖2 所示。當熱解溫度低于235 ℃時，△W為0，幾乎沒有變化，這說明較低溫度時微藻和塑料無明顯相互作用。在微藻主要熱解區(qū)間，PE 添加時微藻熱解后期（＞285 ℃）的△W略小于0，說明PE 添加對微藻熱解后期會有輕微的抑制作用。而PP 添加時微藻熱解區(qū)間△W幾乎為0。而這可能是由于塑料熔融的包裹作用會抑制微藻熱解揮發(fā)分的釋放，但是因為PP 塑料熔融后發(fā)生大分子解聚斷鍵重組持續(xù)放熱，因此，可能促進微藻熱解。而PS 添加時，在235-380 ℃較低比例的聚苯乙烯添加（25%-50%）△W＞0，而75%PS 添加比時△W＜0，這說明較低比例的PS 添加會促進微藻的熱解，而高比例PS 添加會抑制微藻熱解，這有可能是PS 熱解溫度較低，PS 塑料發(fā)生熔融以及分子內(nèi)部部分熱解，產(chǎn)生的自由基促進微藻的熱解，而較高添加量時PS 的熔融包裹作用較強，從而抑制微藻的熱解斷鍵。

圖2 共熱解過程中TG 失重與實驗計算結(jié)果的偏差Figure 2 Deviation of TG weight loss between experimental and calculated results during co-pyrolysis process

在塑料主要熱解區(qū)間，△W明顯小于0，這說明微藻和塑料間存在抑制作用，明顯抑制了塑料的熱解，且隨塑料添加比的增加，抑制作用越明顯。這可能是微藻熱熱解過程中產(chǎn)生的熱解焦與塑料相結(jié)合，從而導致塑料熱解延遲。而不同塑料相比較發(fā)現(xiàn)，微藻與PS 混合熱解時抑制作用更為明顯，75%的聚苯乙烯添加時，△W在421 ℃達到-29.80%，而聚乙烯和聚丙烯添加時，△W最大分別為-10.15%和-12.27%。這可能是聚苯乙烯熱解溫度較低，與微藻熱解重合，從而導致對聚苯乙烯的抑制作用更強。而隨著溫度進一步升高，塑料熱解完成，△W略微大于0，這說明塑料添加能促進殘留物進一步熱解，且與聚乙烯混合時，促進作用能明顯，這可能是聚乙烯熱解產(chǎn)生更豐富的富H 自由基促進NS 熱解焦的熱解。

2.2 揮發(fā)分釋放特性

微藻和塑料熱解揮發(fā)分的FT-IR 譜圖如圖3 所示。微藻在140 ℃時釋放少量CO2（2400-2250 cm-1）[27]，并在185 ℃時出現(xiàn)肩峰，然后隨溫度升高迅速升高，并在330 ℃時達到最大，在480 ℃時基本釋放完全。C=O 和NH3在180 ℃時開始釋放，分別在300 和320 ℃時達到最大，然后380 ℃時下降趨勢減緩，500 ℃左右基本消失。這可能是由于較低溫度時（＜180 ℃）主要是碳水化合物發(fā)生羥基轉(zhuǎn)移和醛酮異構(gòu)釋放CO2，隨著溫度升高時，部分蛋白質(zhì)發(fā)生酯鍵斷裂和水解反應，并發(fā)生脫羰基/脫羧基、C-C 斷裂和脫氨基反應，釋放大量的CO2/CO、NH3和羰基化合物，并在320 ℃左右熱解最為劇烈，其中，蛋白質(zhì)羥基轉(zhuǎn)移和脫羰基/脫羧基釋放CO2為主導反應。隨著溫度升至380 ℃時，蛋白質(zhì)和碳水化合物可能發(fā)生二次反應，進一步發(fā)生脫羰基和脫氨基反應。此外，CH4從405 ℃開始迅速增加，509 ℃時達到最大，在590 ℃時基本消失，這可能是由于405 ℃時脂類發(fā)生熱解，C-C 斷裂和末端斷裂釋放CH4。

圖3 微藻（a）和塑料（b）熱解揮發(fā)分主要特征峰隨溫度的變化Figure 3 Variation of the main volatiles of microalgae (a) and plastic (b) pyrolysis with temperature

塑料熱解時主要釋放碳氫化合物，PE 熱解釋放大量的長鏈-CH2-（2919 cm-1）和部分-CH3（2962 cm-1），并在480 ℃時釋放量達到峰值，說明聚乙烯熱解主要發(fā)生長鏈化合物解聚和C-C 斷裂生成長鏈脂肪烴。PP 熱解時主要釋放幾乎等同面積的-CH2-和-CH3，并在460 ℃附近釋放量達到峰值，這說明聚丙烯熱解主要產(chǎn)生長鏈的甲基碳氫化合物，同時還有少量的苯環(huán)C-H（3079 cm-1）和烯烴C-H（3022 cm-1）生成，說明可能發(fā)生了C-C 斷鍵和部分不飽和烴的芳構(gòu)化反應。PS 熱解主要產(chǎn)生大量芳烴（3079 cm-1）和部分C=C-H（3022 cm-1）以及少量的-CH2-（2919 cm-1），并在425 ℃時達到峰值，這說明PS 主要發(fā)生解聚形成芳烴，同時也可能發(fā)生微弱的C-C 斷裂，釋放少量鏈狀-CH2-。

隨塑料添加，微藻熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分峰強度減少，如圖4 所示。在微藻主要熱解區(qū)間仍可觀測到較為明顯的CO2和NH3特征峰，并與微藻單獨熱解時變化趨勢相似，在320 ℃左右達到最大值。而C=O、C≡N 特征峰強度明顯減弱，并分別在290 和330 ℃附近達到峰值。此外PE 添加時微藻主要熱解區(qū)間幾乎沒有-CH3的釋放。在塑料主要熱解區(qū)間，PE 在380 ℃時開始釋放-CH3和-CH2-，并在490 ℃時達到最大值，遲于塑料單獨熱解時對應的溫度，此外，此階段還有部分C=C、C=O 和少量的C≡N、NH3生成，C=O 在370 ℃時再次釋放，并在480 ℃附近達到峰值，這可能是微藻中油脂熱解導致；而C≡N、NH3分別在500 ℃附近再次出現(xiàn)微弱的小峰峰值，這可能是PE 熱解時促進了微藻的二次反應，釋放C≡N 和NH3。PP 添加時-CH3和-CH2-在360 ℃開始釋放，隨溫度升至470 ℃時迅速達到峰值，略高于PP 單獨熱解時對應的溫度，并且還有較明顯的芳烴C-H 和C=C-H釋放，且C=C-H 先于芳烴C-H 釋放。不同于PE，PP 添加時有較明顯的C=O 和NH3特征峰，這可能是PP 添加會加劇蛋白質(zhì)和糖類熱解后期的脫羰基和脫氨基反應。PS 添加時，塑料熱解區(qū)間產(chǎn)生大量的芳烴C-H 和C＝C-H，并440 ℃附近達到最大值，并且還釋放大量的-CH3和-CH2-，這可能是脂類熱解與PS 熱解區(qū)間重合，釋放鏈狀烴類化合物，也有可能是PS 塑料熱解斷鍵所致。此外，在此階段還有較為明顯的C=O 和NH3特征峰，并在435 ℃時達到峰值。

圖4 微藻和塑料混合熱解時熱解揮發(fā)分主要特征峰隨溫度的變化Figure 4 Variation of the main volatiles from co-pyrolysis of microalgae and plastic with temperature

圖5 為25%塑料添加比時的FT-IR 特征峰差值。在微藻主要熱解區(qū)間，PE 添加促進了CO2的釋放，并在320 ℃時促進作用最強，但對-CH3、NH3、C≡N 和C=O 有輕微的抑制作用，這可能是PE 的熔融包裹作用使微藻熱解釋放的水蒸氣等揮發(fā)分停留時間延長，從而促進了微藻的脫羧基反應。PE 主要熱解區(qū)間內(nèi)-CH2-釋放延遲，并明顯促進了-CH3的形成，同時對C=C-H、C≡N 以及C=O 和NH3有輕微的促進作用，可能是微藻產(chǎn)生的含氮、氧基團促進了PE 長鏈C-C 斷鍵，釋放甲基化合物，同時PE 熱解產(chǎn)生的富氫自由基加劇了熱解殘余物的二次反應。PP 添加明顯抑制了微藻脫羰基和脫羧基釋放CO2，但輕微促進了C=O 和NH3的形成，這可能是由于此階段PP 發(fā)生斷鍵重組反應持續(xù)放熱，產(chǎn)生的自由基促進了微藻C-C 斷裂和脫氨基釋放C=O 和NH3，從而抑制CO2的釋放。在PP 熱解區(qū)間內(nèi)，PP 熱解產(chǎn)生的-CH3/-CH2-釋放延遲，并且輕微促進了芳烴C-H、NH3和C=O 的釋放，可能是微藻產(chǎn)生的含氮、氧基團促進了碳氫小分子芳構(gòu)化形成芳烴，同時PP 也會促進微藻熱解殘余物的二次裂解。PS 添加時發(fā)現(xiàn)在210-405 ℃時C=O 和NH3特征峰強度差值略大于0，但是-CH2-特征峰差值略小于0，說明PS 促進了微藻脫羰基和脫氨基釋放C=O 和NH3，但輕微抑制了脂類熱解釋放鏈狀碳氫化合物。隨溫度升高，-C=C-H 和芳烴C-H 特征峰強度差值明顯先小于0 后大于0，表明聚苯乙烯熱解揮發(fā)分釋放延遲，同時在PS 熱解區(qū)間內(nèi)促進了NH3和-CH3釋放。

圖5 25%塑料添加比時熱解揮發(fā)分FT-IR 強度差值Figure 5 FT-IR intensity difference of pyrolytic volatiles at 25% plastic addition ratio

如圖5（d）所示，25%PE 時主要揮發(fā)分的峰面積差值皆大于0，說明微藻與PE 混合熱解會促進揮發(fā)分的釋放，從而抑制焦炭的形成。而25%PP時對CO2有較為明顯的抑制作用，但促進了C=O和NH3的形成，并對烷烴C-H 也有較明顯的促進作用，可能是微藻熱解產(chǎn)生的氧、氮基團促進了PP斷鍵生成小分子烷烴，同時輕微加劇了芳烴C-H的形成，但抑制了C=C-H 的釋放。25%PS 添加時明顯促進了C=O、NH3的形成，并對CO2、C≡N 有輕微的促進作用，同時明顯抑制了芳烴C-H 的釋放，并促進了烷烴C-H 的形成。這可能是由于PS熱解溫度較低，產(chǎn)生的碳氫自由基加劇了微藻脫氨基和C-C 斷鍵釋放NH3、C=O 和CO2，同時PS添加可能促進了微藻的氫轉(zhuǎn)移和聚苯乙烯的加氫斷裂和開環(huán)，形成小分子線性碳氫化合物，并減少了芳烴的形成。

2.3 動力學分析

熱解及共熱解的動力學參數(shù)如表2 所示，所有樣品的相關系數(shù)（R2）都大于0.97，這說明Doyle和 Coats-Redfern 法能較好地描述熱解過程。微藻熱解主要分為兩段，216-357 ℃主要發(fā)生碳水化合物和蛋白質(zhì)熱解，活化能為51.11 kJ/mol，第二階段活化能較低，主要為油脂熱解和糖類、蛋白質(zhì)熱解后期。整個熱解過程的平均活化能為37.04 kJ/mol。PE 熱解活化能和指前因子較高，分別為318.89 kJ/mol 和(1.89-3.4)×1020，因此，反應速率較快。PP 熱解活化能與PE 近似，而PS 熱解溫度較低，低于PE 和PP，且活化能和指前因子皆相對較低，分別為266.62 kJ/mol 和(1.36-2.01)×1018。因此，微藻和塑料之間的活化能PP≈PE＞PS＞NS。

表2 基于Doyle 和Coats-Redfern 法計算的微藻和塑料混合熱解的動力學參數(shù)Table 2 Kinetic parameters for the co-pyrolysis of microalgae and plastics via Doyle and Coats-Redfern method

混合熱解時，熱解分為三個階段，第一、二階段主要屬于微藻熱解過程。PE 塑料添加時，第一、二階段的活化能減少，低于微藻單獨熱解時的，可能是由于熔融塑料的包裹作用使水蒸氣等揮發(fā)分停留時間延長，使微藻熱解反應更易進行。PS 塑料添加時，第一階段活化能低于微藻單獨熱解時的，但高于PE 添加時的，可能是由于PS 熔融過程與微藻熱解相結(jié)合。而第二階段活化能略高于微藻單獨熱解時的，且在50%PS 時達到最大，可能是因為PS 已經(jīng)開始部分熱解。PP添加時，第一階段活化能逐漸增加，75%PP 時達到56.23 kJ/mol，高于微藻單獨熱解時的，而第二階段活化能則隨塑料的增加而逐漸減少，可能是由于微藻熱解過程中PP 會發(fā)生斷鍵重組，從而使活化能增高，而PP 重組過程中釋放大量熱量，則可能導致第二階段活化能減少。第三階段活化能主要由于塑料熱解導致，明顯低于塑料單獨熱解時的。

此外，定義m為平均活化能計算值Em.cal.與平均活化能實驗值Em的比值，用來表示微藻與塑料間的交互作用對活化能的影響，如圖6 所示。m＞1時，表示平均活化能理論值Em.cal.大于實驗值Em，表現(xiàn)為協(xié)同作用，且m值越大，協(xié)同效應越大；若m＜1，則為抑制作用。如圖6 所示，m始終大于1，說明塑料添加對活化能具有協(xié)同效應，能降低整個熱解過程中的活化能，有利于熱解的進行。而且在低比例（25%-50%）塑料添加時協(xié)同效應較強，且三種塑料中與PS 混合熱解對活化能的協(xié)同作用最為明顯。此外，對PE 和PP 而言，25%塑料添加時對活化能的協(xié)同效應最強，并隨著塑料比例的增加，協(xié)同效應減弱，而PS 添加時50%添加量時協(xié)同作用最強，略高于25%添加量時。

3 結(jié) 論

為了進一步了解微藻和塑料的混合熱解特性，利用TG-FTIR 研究了微藻和聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯塑料添加比及塑料結(jié)構(gòu)對熱解失重和揮發(fā)分釋放特性以及動力學的影響。研究發(fā)現(xiàn)，微藻與塑料間的交互作用能降低熱解過程的活化能，且在較低比例塑料添加時作用較強。同時混合熱解還能促使塑料熱解溫度升高，其中，聚苯乙烯熱解溫度升高得最為明顯。此外聚乙烯會加劇微藻熱解揮發(fā)分的釋放，抑制焦炭的形成。微藻與聚乙烯的交互作用會促進CO2的生成，并輕微加劇了C=O、NH3的釋放，同時促進了聚乙烯的C-C 斷裂生成-CH3和C=C-H。微藻與聚丙烯混合則促進了C=O 的形成，抑制了CO2的釋放，同時加劇聚丙烯斷鍵和Diels-Alder 反應生成-CH3和芳烴C-H。微藻與聚苯乙烯混合則促進了C=O和NH3的釋放，并加劇微藻的氫轉(zhuǎn)移從而導致聚苯乙烯的苯環(huán)開環(huán)釋放-CH3。