有機(jī)廢棄物熱解分析技術(shù)現(xiàn)狀與展望

朱光澤，周 煒，夏志東*，王曉露，李炳毅，郭 福，吳玉鋒，2

（1.北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部，北京 100124；2.北京工業(yè)大學(xué)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院，北京 100124）

0 前言

目前，隨著城市化的發(fā)展，全世界工業(yè)化進(jìn)程逐漸加快，以塑料（食品包裝、塑料袋等），橡膠等聚合物為代表的有機(jī)物消費(fèi)量逐年升高，有機(jī)固廢主要類型如表1所示［1］。2020年，世界塑料年消費(fèi)量為3.67 億噸，在2021年，僅在中國就生產(chǎn)了1.1 億噸塑料，與此同時(shí)，據(jù)2021年統(tǒng)計(jì)，全球天然橡膠消費(fèi)量為1 405.8 萬噸，其中中國消費(fèi)量高達(dá)594.9 萬噸，占全球比例的42 %。不得不說，塑料和橡膠制品給人們的生活帶來了很大的便利的同時(shí)也帶來了巨大污染。這是由于有機(jī)物難以自然降解，需采用焚燒處理，但在處理過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），如烷烴、烯烴、炔烴等，會(huì)對周圍環(huán)境產(chǎn)生較大污染［2-4］。目前國際上應(yīng)對措施主要包括限制或禁止使用難回收的塑料制品、鼓勵(lì)塑料循環(huán)處理等方法，如圖1［3］所示。其中化學(xué)循環(huán)回收處理是熱點(diǎn)方式，具有廣闊的應(yīng)用前景，針對大量的有機(jī)物污染需要建立一套科學(xué)高效的處理方法，降低環(huán)境污染的同時(shí)實(shí)現(xiàn)回收利用，分析熱解產(chǎn)物是處理或回收不同有機(jī)廢棄物的必要途徑。

圖1 治理塑料污染的主要路徑［3］Fig.1 The main path to control plastic pollution

表1 常見有機(jī)廢棄物的結(jié)構(gòu)及用途Tab.1 Structure and use of common organic wastes

熱解法是回收有機(jī)廢棄物最有效的方法，這種方法即在無氧的環(huán)境下，使有機(jī)物大分子鏈不斷裂解，最終轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿赢a(chǎn)物，最終得到熱解油等可利用產(chǎn)物，達(dá)到環(huán)境友好的目的。Yousef 等［5］對薯片、巧克力、面包、咖啡和餅干等食品包裝塑料及混合物進(jìn)行熱解分析，發(fā)現(xiàn)熱解產(chǎn)物中含有大量的丙烯呋喃、2，4-二甲基-1-庚烯、異丙基環(huán)丁烷等化合物，這些化合物可以用作可再生或有利可圖的清潔能源。Dias 等［6］對光伏組件中的聚合物進(jìn)行熱解，成功分解其中99 %的有機(jī)廢物，成功回收了光伏組件中的有利物質(zhì)。Du 等［7］將垃圾填埋場的塑料和橡膠等垃圾重新進(jìn)行熱解回收，發(fā)現(xiàn)橡膠熱解可以生產(chǎn)大量的炭，而塑料有生產(chǎn)熱解油的價(jià)值，并且通過對熱解參數(shù)的調(diào)整，可以有目的地獲得熱解產(chǎn)物，不僅環(huán)境友好，降低污染，還挖掘出來有機(jī)廢棄物的潛在利用價(jià)值。

有機(jī)廢物不同，相應(yīng)的熱解方法也不盡相同，為了提高效率需要對有機(jī)廢物的熱解進(jìn)行研究，采取合適的研究方法才是關(guān)鍵所在。基于此，本文針對有機(jī)物熱解方法進(jìn)行總結(jié)，通過調(diào)整熱解條件等方法來降低有機(jī)物的熱解活化能，使熱解終止溫度提前來有效提升熱解效率，這對降低能耗、提高生產(chǎn)效率具有積極意義。邢語彤等［8］在黏膠纖維熱解制備炭過程中加入楊木，發(fā)現(xiàn)熱解溫度區(qū)間得到擴(kuò)展，并且可以降低熱解活化能，使炭的制備過程消耗的能量有所下降且炭的品質(zhì)得以提升。此外，熱解產(chǎn)物的回收利用也有著重要意義。脂肪烴類多為熱解產(chǎn)物中的活性分子重聚產(chǎn)生，本身價(jià)值不高，而芳香烴類是目前有機(jī)物熱解時(shí)的焦點(diǎn)產(chǎn)物，富含芳香烴油的熱解氣可以實(shí)現(xiàn)商品化，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物的資源化利用［9-11］。Ali 等［9］利用各種分析技術(shù)對橡膠籽餅的物理化學(xué)熱特性和所得到的產(chǎn)品（生物油和生物炭）進(jìn)行了深入分析，表明含有廢聚苯乙烯的橡膠籽餅可以被認(rèn)為是生產(chǎn)包括燃料在內(nèi)的增值化學(xué)品的合適原料。Dadi 等［10］將PET 塑料瓶和稻殼共熱解，得到了熱值較高的熱解油和比表面積較高的熱解炭，可以收集作為燃料。Zhou 等［11］對PVC進(jìn)行了熱解回收，并發(fā)現(xiàn)在PVC 熱解產(chǎn)物中可以回收約80 %的芳香烴，為促進(jìn)PVC 的重復(fù)利用和循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和新型工業(yè)化提供數(shù)據(jù)支持。

此外，有機(jī)物廢棄物熱解中容易形成多環(huán)芳烴（PAHs），如圖2所示，它們主要有2種類型，1種是以聯(lián)苯為代表的非稠環(huán)形，另一種是2個(gè)苯環(huán)共用碳原子的稠環(huán)形。PAHs具有毒性、遺傳毒性、突變性和致癌性，釋放到空氣中后易于富集到顆粒物上，對人體產(chǎn)生危害［12-14］。PAHs 的產(chǎn)生往往是由于機(jī)廢棄物的熱解不完全而造成的，因此需要采取合適的分析手段、明確熱解機(jī)理后建立合適的熱解工藝來降低PAHs的生成。

此外，由于有機(jī)廢棄物（如聚氯乙烯）中含有鹵素氯原子，會(huì)在270～420 ℃溫度范圍內(nèi)與苯環(huán)上的基團(tuán)發(fā)生取代反應(yīng)，生成更強(qiáng)的致癌物二噁英類物質(zhì)，如圖3所示，主要分為2 大類，分別是多氯二苯并二噁英（PCDDs）和多氯二苯并呋喃（PCDFs），由于每個(gè)苯環(huán)上都可以取代1～4個(gè)氯原子，從而形成眾多的異構(gòu)體，其中PCDDs 有75 種，PCDFs 有135 種，共包括210 種化合物，這類物質(zhì)非常穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，極難溶于水，毒性較大，是目前熱解法處理廢棄有機(jī)物中亟須解決的問題［12，16-18］。因此，為了避免二噁英的生成，需要采用合適的熱解技術(shù)來分析有機(jī)物熱解過程，進(jìn)而通過控制熱解工藝來避免二噁英的生成。

圖3 二噁英的結(jié)構(gòu)式［16］Fig.3 Structural formula of dioxins

基于上述分析可知，熱解在有機(jī)廢棄物的處理具有高效、環(huán)保等優(yōu)勢，但是合適的熱解工藝需要對熱解的過程進(jìn)行探究和分析，也應(yīng)對熱解過程中產(chǎn)物的分布情況及機(jī)理進(jìn)行研究，以達(dá)到產(chǎn)物高價(jià)值、少危害為目標(biāo)。因此，采取合適的熱解分析技術(shù)來指導(dǎo)熱解工藝具有重要意義，本文對熱解分析技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)，以期對熱解工藝研究者提供參考。

1 熱分析法

有機(jī)物的熱解特性研究中，熱分析法是最常用的研究方法，此方法是通過分析有機(jī)物在不同熱解條件下的熱解特點(diǎn)來分析其熱解特性。此外，基于熱解動(dòng)力學(xué)模型，此方法還可以得到熱解材料的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)，以此來揭示熱解材料的熱解行為［11］。熱分析法具有升溫范圍廣、升溫速率可調(diào)、所需樣品量少、可與其他技術(shù)聯(lián)用等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)階段主要采用的熱分析法為熱重分析法，此外還有差示掃描量熱法以及差熱分析法等［19-20］。

1.1 熱重分析法

熱重分析法是一種通過測定熱解材料的重量隨溫度升高的變化來分析其熱解特性及熱穩(wěn)定性的方法，而在熱解過程中，熱重曲線會(huì)受到升溫速率、熱解氣氛、駐留溫度以及駐留時(shí)間等影響。

根據(jù)測試結(jié)果可以結(jié)合轉(zhuǎn)化率曲線和反應(yīng)速率曲線2 種方式對熱解材料的熱解階段進(jìn)行劃分。轉(zhuǎn)化率曲線是材料熱解損失質(zhì)量隨溫度或時(shí)間變化的曲線，可以體現(xiàn)出材料的質(zhì)量損失，而反應(yīng)速率曲線是將熱解材料的轉(zhuǎn)化率曲線對時(shí)間或溫度求導(dǎo)而得，可以反映出材料在某一時(shí)刻質(zhì)量損失的快慢，是劃分反應(yīng)熱解階段最為有效的方法［21-22］。2 種曲線各有優(yōu)勢，利用轉(zhuǎn)化率曲線可以更便捷地計(jì)算熱解活化能，為計(jì)算能耗提供數(shù)據(jù)支持，而反應(yīng)速率曲線則會(huì)更直接揭示熱解產(chǎn)物的生成和熱解機(jī)理途徑，有助于分析熱解產(chǎn)物的再利用或減少污染氣體排放。一般2 種方法同時(shí)使用可以更清晰地了解材料的熱解特性，并以此劃分熱解階段便于后續(xù)分析。如圖4所示為廢酚醛玻璃鋼的TG 曲線，Chen 等［23］按反應(yīng)速率曲線將熱解過程分為了兩部分，材料在轉(zhuǎn)化率為0.2 時(shí)TG 曲線出現(xiàn)了平臺，這時(shí)第一熱解階段結(jié)束，第二熱解階段即將開始，即在840 ℃左右反應(yīng)速率出現(xiàn)平臺，這是由于前兩個(gè)階段反應(yīng)聯(lián)系不緊密，第一階段熱解過程完整，形成1 個(gè)完整的峰，且產(chǎn)物不對后續(xù)熱解進(jìn)程產(chǎn)生影響，而第二熱解階段出現(xiàn)兩個(gè)峰，這2 個(gè)峰相互重疊，說明第二熱解階段反應(yīng)復(fù)雜。Wu等［24］分析了PLA和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）及共混物的熱解特性，對比TG和DTG 曲線發(fā)現(xiàn)，PLA 材料起始失重溫度和終止失重溫度都比較低，且失重溫度區(qū)間窄，說明熱解在較低溫度下可以快速完成，展現(xiàn)出了更好的熱解特性，而ABS材料的熱解性能則相對較差，將二者1/1共熱解后發(fā)現(xiàn)熱解TG曲線介于兩者之間，且峰值熱解溫度和峰值熱解速率有所下降，說明二者共熱解相互影響，有一定促進(jìn)作用。

圖4 轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率隨溫度的變化［24］Fig.4 Change of conversion and reaction rate with temperature［24］

由于材料不同升溫速率下的傳熱效率不同，熱解時(shí)導(dǎo)致材料熱量的傳遞具有一定的滯后性。一般情況下，較低的升溫速率溫度梯度較小，加熱時(shí)間長，傳熱均勻，有利于有機(jī)物積累儲(chǔ)存熱量，所以其中的有機(jī)物可以在較低的溫度下開始分解；而較快的升溫速率溫度變化大，發(fā)生分解時(shí)溫度已升高，所以會(huì)導(dǎo)致熱失重曲線右移。從鍵能角度來說，較慢的升溫速率條件下，有機(jī)分子中的化學(xué)鍵難以在短時(shí)間內(nèi)吸收足夠的能量使鍵斷裂，而較快的升溫速率可以避免這一問題，所以高升溫速率下的材料失重速率比慢升溫速率下的要快。Tang 等［25］指出，增加的加熱速率使廢輪胎能夠在短時(shí)間內(nèi)吸收更多的熱量，并加速了分解速度，所以聚氨酯（PUT）橡膠降解速率會(huì)隨著加熱速率的增加而增加。Achyut 等［26］在研究塑料鍵盤熱解時(shí)指出，隨著加熱速度的增加，聚合物分子沒有足夠的時(shí)間來排出熱量，導(dǎo)致熱解前期分解速度變慢，熱量擴(kuò)散緩慢導(dǎo)致分解溫度升高，如圖5所示，隨著熱解升溫速率的提升，鍵盤塑料TG曲線不斷右移，初始熱解溫度和終止熱解溫度都有所提升。劉全義等［27］對飛機(jī)貨艙側(cè)壁板（主要成分是防火玻璃纖維增強(qiáng)型酚醛膠合板復(fù)合材料）進(jìn)行了熱解分析，發(fā)現(xiàn)升溫速率的改變影響了試樣內(nèi)外的傳熱特性和溫度梯度，引起熱解機(jī)制變化或熱滯后現(xiàn)象，且隨著升溫速率的增加，最大熱解速率對應(yīng)的峰溫有所升高，熱解起始、終止溫度也相應(yīng)提高。田霖等［28］在分析純油酸熱解特性時(shí)，得出油酸在N2中的熱解過程分為2個(gè)階段，且升溫速率的增加可以有效降低反應(yīng)活化能，有利于油酸熱解過程的進(jìn)行，但同時(shí)，產(chǎn)物生成曲線會(huì)向高溫區(qū)偏移，消耗更多能量。

圖5 塑料鍵盤不同升溫速率TG曲線［26］Fig.5 TG curves of plastic keyboard at different heating rates

然而在大多數(shù)情況下，受升溫速率的影響，材料吸收熱量不均勻，多數(shù)熱解并不能完全進(jìn)行，固體產(chǎn)物中仍然存在一些有待分解的物質(zhì)，所以在進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以進(jìn)行溫度駐留，即保溫一段時(shí)間，使反應(yīng)更充分，但是較高的駐留溫度或較長的駐留時(shí)間有時(shí)會(huì)導(dǎo)致熱解產(chǎn)物二次反應(yīng)，對熱解產(chǎn)物產(chǎn)生影響［29］。Ma等［30］提出了一種廢輪胎熱解經(jīng)濟(jì)高效生產(chǎn)高價(jià)值檸檬烯的方法，研究表明，500 ℃條件下，駐留時(shí)間的延長，會(huì)導(dǎo)致檸檬烯發(fā)生更多的二次反應(yīng)，最終分解成二甲苯等芳香環(huán)族，而在較短的駐留時(shí)間內(nèi)，施加一定壓力，可以有效提升檸檬烯的產(chǎn)率。同樣，Lele 等［31］得到了相似的結(jié)論，較短的駐留時(shí)間使聚丙烯的熱解產(chǎn)物中單體（C3H6）濃度上升25 %。Kulas［32］對聚乙烯和聚丙烯進(jìn)行熱解發(fā)現(xiàn)，駐留溫度（550～600 ℃）和蒸汽停留時(shí)間（1.4～5.6 s）會(huì)影響化合物類別之間的產(chǎn)物分布。在較低的溫度（550 ℃）和較短的駐留時(shí)間（1.4 s）下，產(chǎn)生了各種液體（C5～C20碳?xì)浠衔铮┖拖灝a(chǎn)品（C21～C30碳?xì)浠衔铮?。升高溫度和駐留時(shí)間會(huì)增加氣體（C2～C4碳?xì)浠衔铮┑谋壤?，并產(chǎn)生芳香族產(chǎn)物。

由于熱解過程需要在無氧或缺氧的條件下進(jìn)行，所以在熱解時(shí)需要通入保護(hù)氣以確保環(huán)境無氧，常見的熱解氣氛為Ar、N2、CO2、H2、CO、CH4等，其中H2、CO、CH4屬于可燃?xì)怏w，在熱解中起到供碳供氫的作用，可以對熱解產(chǎn)生焦油等有利產(chǎn)物提供元素，不同的氣氛對熱解產(chǎn)物分布情況，以及固體產(chǎn)物的微觀形貌會(huì)產(chǎn)生不同的影響。Yue［33］研究了不同比例N2/CO2氣氛下城市生活垃圾的熱解，CO2有效提升CO、甲烷的產(chǎn)率，同時(shí)降低輕烴和H2的含量，在600 ℃的高溫條件下，CO2比例的提升可以使固體產(chǎn)物的孔洞塌陷，而在700 ℃條件下，CO2的加入可以使固體產(chǎn)物的比表面積有效提升。Yan 等［34］對城市垃圾使用了N2和PG 氣體（50 % CO2，25 % CO，10 % CH4，10 % H2，5 % N2）2 種氣氛進(jìn)行熱解，相同條件下，PG 氣氛下比N2氣氛下產(chǎn)生更多的焦油，更少的炭和氣體，并且PG 氣氛下焦炭的較低熱值始終低于N2氣氛下的，說明PG 氣氛產(chǎn)生的焦炭與煤更接近，更適合火電廠煤與焦炭共燃。Grzywacz 等［35］通過對比N2、CO22 種氣氛下廢輪胎熱解產(chǎn)物焦炭氣化的影響，發(fā)現(xiàn)在N2惰性氣體條件下產(chǎn)生的焦炭活性較低，在工業(yè)應(yīng)用上效果不是很好。

1.2 差示掃描量熱法和差熱分析法

差式掃描量熱法具有分析速度快、溫度范圍寬、無須特殊制樣等優(yōu)點(diǎn)，可以測定熱解反應(yīng)的吸放熱過程來推導(dǎo)材料的相變過程。傳統(tǒng)差示掃描量熱法將物質(zhì)內(nèi)部相轉(zhuǎn)變相關(guān)的熱流作為時(shí)間和溫度的函數(shù)，能提供檢測物發(fā)生的物理和化學(xué)變化信息，這種方法將試樣和參照物始終設(shè)置相同的熱環(huán)境，在程序升降溫過程中，當(dāng)樣品發(fā)生熱效應(yīng)時(shí)，體現(xiàn)于熱流的變化，通過微加熱裝置給樣品提供熱量以保證與參照物的溫差為零［36-37］。調(diào)制差式掃描量熱法在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上增加了一種新的升溫模式，不同于傳統(tǒng)的線性升溫，是瞬時(shí)的交變正弦升溫。這種方法利用了傅里葉變換，可以不斷地對條幅熱流進(jìn)行計(jì)算，從而得到更多的信息。Qin［38］等利用DSC 法分析醫(yī)療塑料熱解時(shí)指出，醫(yī)療塑料垃圾氧化降解時(shí)釋放的熱量低于醫(yī)療塑料垃圾惰性降解釋放的熱量，說明醫(yī)療塑料垃圾氧化降解受到抑制。

差熱分析法與差示掃描量熱法類似，是以某種在一定實(shí)驗(yàn)溫度下不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)和物理變化的穩(wěn)定物質(zhì)（參比物）與等量的未知物在相同環(huán)境中等速變溫的情況下相比較，未知物的任何化學(xué)和物理上的變化，與和它處于同一環(huán)境中的標(biāo)準(zhǔn)物的溫度相比較，都要出現(xiàn)暫時(shí)的增高或降低。得到曲線稱為DTA 曲線，降低表現(xiàn)為吸熱反應(yīng)，增高表現(xiàn)為放熱反應(yīng)［39-40］。楊丹等［41］在探究聚酯中雜質(zhì)含量時(shí)，利用雜質(zhì)熔點(diǎn)會(huì)降低聚酯熔點(diǎn)的特點(diǎn)，使用差熱分析儀快速準(zhǔn)確地確定了聚酯的熔點(diǎn)。

本文對常見熱分析法進(jìn)行總結(jié)，如表2所示。3 種方法都可以揭示材料在熱解升溫過程中分子鏈斷裂的溫度節(jié)點(diǎn)，判斷材料的熱解進(jìn)程。熱重分析法相對其他方法而言使用更為廣泛，可以針對不同的有機(jī)物物質(zhì)相變過程和熱損失率進(jìn)行研究。差示掃描量熱法和差熱分析法可以分析有機(jī)物在熱解過程中吸放熱現(xiàn)象，對有機(jī)物熱解特性的判斷具有指示作用。

表2 熱分析方法Tab.2 Thermal analysis methods

2 熱解動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)分析

基于熱重分析結(jié)果，結(jié)合熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的計(jì)算分析，可以深入分析有機(jī)物的熱解特點(diǎn)。為實(shí)際熱解工藝線中選擇合適的路徑和方案提供參考。為更深入地研究有機(jī)物材料熱解行為機(jī)理和探討反應(yīng)物的活化能等，需要將熱解行為拆分成反應(yīng)模型、動(dòng)力學(xué)方程以及熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析。

2.1 無模型法動(dòng)力學(xué)分析

熱解動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型可以用數(shù)學(xué)語言直觀地表達(dá)出有機(jī)物熱解方式，幫助我們理解反應(yīng)機(jī)理以及反應(yīng)方式，不同的反應(yīng)模型對應(yīng)材料不同的熱解方式。通過分析，主要得出有機(jī)物的熱解活化能，其數(shù)值大小表示物質(zhì)熱解反應(yīng)的難易程度，數(shù)值越大表示熱解反應(yīng)消耗能量越大。一般，塑料廢棄物的熱解大多采用一步反應(yīng)模型，混合有機(jī)固廢一般采用平行反應(yīng)模型或者分階段反應(yīng)模型［42］。

2.1.1 一步反應(yīng)模型

一步反應(yīng)模型假設(shè)熱解反應(yīng)物只有1個(gè)，其反應(yīng)速率方程式遵循拉尼烏斯定律［43-44］，見式（1）：

式中t——時(shí)間，s

K——反應(yīng)速率常數(shù)，s-1

A——指前因子，s-1

E——反應(yīng)活化能，kJ/mol

R——理想氣體常數(shù)，J/（mol·K）

T——反應(yīng)溫度，K

f（α）——此熱解反應(yīng)的機(jī)理函數(shù)

α——反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率

α表達(dá)式為式（2）：

式中m0——反應(yīng)物的初始質(zhì)量，mg

mt——熱解時(shí)間為t時(shí)反應(yīng)物的質(zhì)量，mg

m∞——熱解反應(yīng)結(jié)束時(shí)反應(yīng)物的質(zhì)量，mg

2.1.2 平行反應(yīng)模型

平行反應(yīng)模型假設(shè)反應(yīng)物熱解分為幾個(gè)組分，組分之間互不影響，每一組分都可以看作是一次反應(yīng)模型，其仍遵循拉尼烏斯定律，總體的反應(yīng)速率見式（3）：

式中xi——組分i占有機(jī)固廢整體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

i——第i個(gè)組分

Ai——組分i的指前因子，s-1

Ei——組分i的反應(yīng)活化能，kJ/mol

αi——組分i的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，%

2.1.3 分階段反應(yīng)模型

分階段反應(yīng)模型假設(shè)反應(yīng)物只有1個(gè)，但是熱解過程按反應(yīng)時(shí)間和溫度可以分成幾個(gè)階段，不同反應(yīng)階段的動(dòng)力學(xué)參數(shù)不同，這種模型在熱解有機(jī)物時(shí)應(yīng)用最廣泛，其每一階段都可以看作是一步反應(yīng)模型。

動(dòng)力學(xué)分析方法是對反應(yīng)模型的下一步計(jì)算，可以反映熱解的反應(yīng)進(jìn)程，活化能是反應(yīng)熱解進(jìn)程的直觀指標(biāo)，結(jié)合熱重實(shí)驗(yàn)，利用熱滯后性，在不假設(shè)機(jī)理函數(shù)的情況下，利用積分法和微分法，對模擬結(jié)果進(jìn)行相互驗(yàn)證，得到活化能變化曲線，有助于控制產(chǎn)物以及控制成本。假設(shè)材料熱解為一步反應(yīng)模型，如式（1）所示，α的定義如式（2）所示，k（T）的定義見式（4）［45］：

加熱速率（β，℃/min）表示如式（5）所示［45］：

幾種常見的動(dòng)力學(xué)方程如表3所示。在熱解相關(guān)研究領(lǐng)域常用無模型法計(jì)算活化能，常見有FWO、KAS 和Starink 法，這些方法不需要假定機(jī)理函數(shù)，避免了機(jī)理函數(shù)的假設(shè)帶來的誤差，使計(jì)算的活化能較為可靠，由于擬合近似方式的不同，三者也有一定區(qū)別，F(xiàn)WO 和Starink 屬于積分法，KAS 屬于微分法。3 種方法都可以用于動(dòng)力學(xué)計(jì)算，如表4所示，列舉了一些常見橡膠輪胎和塑料類型的活化能情況，其中PP、PE-LD、PE-HD 等高分子塑料活化能變化范圍較小，熱解時(shí)所需能量變化范圍不大，而廢輪胎、牛奶盒、電視外殼等含有其他雜質(zhì)的塑料熱解活化能數(shù)值變化較大，熱解情況較復(fù)雜。一般情況下，3 種方法計(jì)算同種材料活化能數(shù)值相近，變化趨勢相近，KAS法因擬合方程不同，求得活化能值略小于其他2種方法。

表3 常見動(dòng)力學(xué)活化能計(jì)算公式Tab.3 Common kinetic activation energy calculation formulas

表4 常見有機(jī)廢棄物活化能Tab.4 Activation energy of common organic waste

2.2 有模型法動(dòng)力學(xué)分析

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)理相結(jié)合，確定反應(yīng)機(jī)理和求取動(dòng)力學(xué)參數(shù)的一種模式擬合方法，稱為無模型法，常用方法為C-R 法，如式（6）所示［55］。在熱解中常用這種方法來計(jì)算表觀活化能，這種方法沿用前人總結(jié)的動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)模型（如表5所示）［56］，將ln［G（α）/T2］與1/T進(jìn)行線性擬合，確定相關(guān)系數(shù)最高的G（α）作為材料熱解的最優(yōu)機(jī)理函數(shù)，擬合斜率計(jì)算E，揭示材料在熱解時(shí)反應(yīng)遵循的變化規(guī)律。

表5 常見的熱解動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)［56］Tab.5 Common pyrolysis kinetic mechanism function［56］

Chen［57］等對集成電路板進(jìn)行熱解動(dòng)力學(xué)分析，使用C-R 法對材料的活化能和反應(yīng)模型進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)C-R 法得出的活化能偏小，這是因?yàn)镃-R 法是計(jì)算材料的表觀活化能，類似于展示材料整個(gè)熱解階段中活化能的平均值，將集成電路熱解劃分為3 個(gè)階段，每一階段進(jìn)行C-R 計(jì)算，發(fā)現(xiàn)第一階段為成核模型，后兩階段熱解速率下降，更接近順序反應(yīng)模型。C-R 法較為直觀地展現(xiàn)出集成電路熱解速率的變化趨勢，為工業(yè)應(yīng)用提供了詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。Saha［58］對塑料購物袋進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，成功預(yù)測了塑料袋的反應(yīng)模型為一階擴(kuò)散模型，從反應(yīng)方式及熱解難易程度的角度印證了塑料購物袋熱解的可行性。

2.3 熱力學(xué)參數(shù)

熱力學(xué)四大參數(shù)為A、ΔH、ΔG、ΔS。A為指前因子，代表熱解過程中活性分子碰撞概率的大小，一定程度上體現(xiàn)了活化能的大小，當(dāng)A大于109s-1時(shí)，表示材料的分子結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，熱解反應(yīng)更劇烈；ΔH和ΔG為自由焓和自由能，是在等溫等壓條件下，判斷反應(yīng)方向的熱力學(xué)參數(shù)，同樣可以體現(xiàn)高分子材料熱解時(shí)的難易程度；ΔS為反應(yīng)熵，描述了體系的混亂程度數(shù)值越大表示體系混亂程度越大，熱解越完全；ΔG為吉布斯自由能，在給定的系統(tǒng)總能量下，ΔG值越高，反應(yīng)的可行性越低，因?yàn)榫S持反應(yīng)需要更多的能量［59］。

根據(jù)2.1 節(jié)提到的3 種動(dòng)力學(xué)方法，可以求得E，進(jìn)而推導(dǎo)出A、ΔH、ΔG、ΔS4 個(gè)熱力學(xué)參數(shù)，用以判斷熱解反應(yīng)的難易程度和進(jìn)程，見式（7）～（10）：

其中，TP為峰值溫度（℃）；K為玻爾茲曼常數(shù)，為1.381×10-34J/K；h是普朗克常數(shù)，為6.626×10-34J/S。

Tang 等［25］在研究RT 和PUT 輪胎熱解機(jī)理時(shí)，得到RT 材料的活化能先升后降，在轉(zhuǎn)化率0.7 左右達(dá)到最大值為345 kJ/mol，PUT 材料活化能遵循相同的趨勢，但是數(shù)值較小，在轉(zhuǎn)化率0.35 左右達(dá)到最大值為261 kJ/mol。并以此求得四大熱力學(xué)參數(shù)，如圖6所示，其中，A、ΔH、ΔS3 條曲線趨勢和活化能曲線趨勢相同，佐證了熱解進(jìn)行的難易程度變化趨勢，即熱解隨著進(jìn)行程度加深，反應(yīng)需要提供的熱量不斷攀升。ΔG曲線趨于平穩(wěn)，PUT 曲線高于RT 曲線，證明PUT 材料輪胎更易發(fā)生熱分解。Chen 等［59］在對生物基PUT熱解進(jìn)行熱力學(xué)研究時(shí)得到了相同的結(jié)論，在熱解全階段，PUT 的ΔH為正值，證明反應(yīng)需要吸收熱量來打破化學(xué)鍵；而ΔG為正值且在反應(yīng)后期不斷增大，說明后期反應(yīng)難度增大，需要提供較高的反應(yīng)溫度；PUT的ΔS在反應(yīng)后期迅速升高，此時(shí)材料的反應(yīng)活性增大，這時(shí)發(fā)生的反應(yīng)是迅速的，得益于異氰酸酯分解成胺。

圖6 廢輪胎FWO法條件下的熱力學(xué)參數(shù)［25］Fig.6 Thermodynamic parameters of waste tires under FWO method［25］

3 氣體逸出分析法

氣體逸出分析法，用于分析有機(jī)廢棄物熱解產(chǎn)生的氣體，輔助分析熱解過程中有機(jī)物熱解產(chǎn)生的有機(jī)分子轉(zhuǎn)化過程，進(jìn)而研究有機(jī)物的熱解機(jī)理。

3.1 TG-FTIR

TG-FTIR 屬于慢速熱解技術(shù)，最接近有機(jī)廢棄物的工業(yè)處理工藝，可以實(shí)時(shí)連續(xù)分析有機(jī)物在熱解過程中產(chǎn)生的有機(jī)物官能團(tuán)變化，通過比較逸出氣體官能團(tuán)的出峰情況來推斷有機(jī)物的斷鍵情況，可用于未知材料熱解處理時(shí)的產(chǎn)物控制［60-64］，其具有準(zhǔn)確、靈敏、在線分析、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)。

Ki-Bum 等［60］利用TG-FTIR 分析法分析了PELD、PP、PS 和PET 4 種常見的塑料廢棄物熱解產(chǎn)物（如圖7所示），發(fā)現(xiàn)3 016 cm-1附近C—H 鍵的振動(dòng)是4 種物質(zhì)共有的特征峰，對應(yīng)產(chǎn)物為烷烴類；得出PELD 和PP 熱解產(chǎn)物簡單且相似，隨著熱解溫度的提升，蠟質(zhì)產(chǎn)物逐漸消失，輕質(zhì)烴產(chǎn)率上升，700 ℃以上觀察到苯和甲苯的逸出；PS 中主要產(chǎn)物是苯乙烯，且隨著溫度的升高，苯乙烯逐漸減少，苯、烯烴和甲苯的含量提升；PET 熱解時(shí)觀察到了大量CO 和CO2的逸出，主要有機(jī)產(chǎn)物為苯甲酸和對苯二甲酸。4 種有機(jī)物因各自結(jié)構(gòu)式不同產(chǎn)生了不同的主要熱解產(chǎn)物，這對于混合塑料垃圾熱解產(chǎn)物控制工藝的制定具有指導(dǎo)意義。后續(xù)在分析城市塑料垃圾時(shí)利用TG-FTIR 檢測出熱解產(chǎn)物中官能團(tuán)簡單且產(chǎn)物多為輕質(zhì)烴，以此判斷城市塑料垃圾中主要有機(jī)物為PE-LD 和PP，因此在熱解處理時(shí)采用了600～800 ℃的溫度范圍，促進(jìn)烯烴和芳烴的生成。Batuer 等［65］在對塑料、紙張和紡織品熱解回收時(shí)，利用紅外分析，發(fā)現(xiàn)三者共熱解促進(jìn)了芳烴、烯烴、水、酒精和苯酚的生成，但抑制了CO2、CO、烷烴和羰基的生成，并以此確定了在熱解氣中回收目標(biāo)產(chǎn)物的最佳比例，為有機(jī)物垃圾的回收再利用提供了幫助。此外，TG-FTIR 可用于探究有機(jī)材料的失效溫度。如赫樹開等［66］利用TG-FTIR 法對T 型電纜插頭進(jìn)行熱解分析，發(fā)現(xiàn)80 ℃時(shí)有CO2和H2O的逸出，代表此時(shí)插頭已經(jīng)開始分解；插頭中的硅脂分解溫度為200～230 ℃，同時(shí)插頭也難以維持正常使用功能，該試驗(yàn)基于TG-FTIR 分析為T 型電纜插頭及電纜線路的故障預(yù)判及安穩(wěn)運(yùn)行提供了依據(jù)。TG-FTIR 法通過判斷熱解逸出氣體的官能團(tuán)類型，分析材料受熱分解的機(jī)理，可以彌補(bǔ)有機(jī)物燃燒過程產(chǎn)物難以分析的缺點(diǎn)。Sanita 等［67］研究了多種硬質(zhì)聚氨酯改性聚異氰脲酸酯泡沫的低氧熱解，發(fā)現(xiàn)泡沫的初始分解溫度相近，且產(chǎn)物官能團(tuán)類似，這是因?yàn)樗鼈兊臒峤馐怯砂被姿狨ユI的熱穩(wěn)定性決定的，而不是泡沫中高功能和低功能可再生多元醇之間的比例，這個(gè)發(fā)現(xiàn)對于一些特殊環(huán)境的火災(zāi)處理具有重大意義。

3.2 TG-MS

質(zhì)譜分析是氣體官能團(tuán)檢測的另一種有效手段，在質(zhì)譜分析中，由燈絲發(fā)射電子聚焦后在磁場的作用下穿過離子化室，轟擊在樣品上，發(fā)生電離產(chǎn)生碎片，不同電離碎片因具有不同的質(zhì)核比，所以可以利用其在磁場中的偏轉(zhuǎn)確定產(chǎn)物，轉(zhuǎn)化成電信號形成質(zhì)譜圖。通過得出的質(zhì)核比，可以確定有機(jī)廢棄物熱解產(chǎn)生氣體的官能團(tuán)數(shù)量，從而判斷熱解產(chǎn)物及程度。將熱重分析儀和質(zhì)譜儀聯(lián)用以檢測逸出氣體產(chǎn)物碎片，可以選定某產(chǎn)物對其進(jìn)行標(biāo)定，檢測在熱解過程中的氣體逸出行為。該方法具有靈敏度高、可對一些大分子量的產(chǎn)物進(jìn)行分析、可定量分析（聯(lián)用脈沖熱分析儀）等優(yōu)點(diǎn)。但因其功能和FTIR 類似，但受同分異構(gòu)體、質(zhì)核比相近的其他離子影響較大，若不針對某大分子產(chǎn)物進(jìn)行分析，用TG-FTIR法則準(zhǔn)確。

TG-MS 法難以根據(jù)時(shí)間或溫度變化對熱解產(chǎn)物進(jìn)行追蹤，無法判斷反應(yīng)進(jìn)程，可以結(jié)合其他方法，對某一熱解產(chǎn)物進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)行定量研究。Sebastian等［68］對聚（丙烯腈-co-1，3-丁二烯-co-苯乙烯）/聚酰胺6進(jìn)行定量分析，對熱解產(chǎn)物進(jìn)行表征后，確定了5 種主要熱解產(chǎn)物的峰面積比，將TG-MS 聯(lián)用火焰離子檢測器，利用苯乙烯作為參照物對5 種產(chǎn)物進(jìn)行標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)離散程度小于Py-GC/MS，說明這種方法更適用于定量分析。于惠梅［69］等在結(jié)合脈沖熱分析儀定量分析氮化銦粉含量時(shí)，質(zhì)譜儀設(shè)置多重離子檢測（MID）模式，注入脈沖的二氧化碳和氮?dú)饧兌葹?9.999 %，最終發(fā)現(xiàn)利用質(zhì)譜脈沖熱分析對TA-MS聯(lián)用系統(tǒng)中逸出氣體CO2定量結(jié)果與理論計(jì)算值的相對誤差約2.85 %，可以較為準(zhǔn)確地定量分析出CO2的含量。

3.3 Py-GC/MS

目前，Py-GC/MS 是有機(jī)物熱解方面應(yīng)用最廣泛的聯(lián)用技術(shù)，其將色譜的高效分離的特點(diǎn)和質(zhì)譜的高靈敏度檢測的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，具有升溫速度快（保證一些產(chǎn)物在冷凝前得到分析、節(jié)省時(shí)間）、本身可以進(jìn)行半定量分析等優(yōu)點(diǎn)，且在定性分析高分子聚合物、揭示高分子聚合物的結(jié)構(gòu)等方面具有簡便、實(shí)用、準(zhǔn)確的特點(diǎn)［70-72］。這種方法可以直觀地得到熱解產(chǎn)物物質(zhì)成分，因此被廣泛地應(yīng)用于熱解機(jī)理研究。

3.3.1 熱解產(chǎn)物追蹤

Py-GC/MS 是追蹤產(chǎn)物去向及含量變化的有效手段，可以在工業(yè)生產(chǎn)中提供更準(zhǔn)確的產(chǎn)物選擇方式。Li 等［73］在PET 漆包線漆熱解時(shí)加入10 %的PVC 塑料，利用Py-GC/MS 對氯元素的去向進(jìn)行研究，最終得到結(jié)果如圖8所示（其中，9EPET/1PVC 代表聚酯漆包線和聚氯乙烯按照9/1 質(zhì)量比物理混合）。研究表明，PVC 中氯元素從32 ℃時(shí)開始與PET 中酯基發(fā)生酸水解反應(yīng)，并與一些雙鍵進(jìn)行加成，形成對環(huán)境有污染的氯代有機(jī)物，對于漆包線的熱解回收具有警示意義。Menares 等［74］利用Py-GC/MS 對廢輪胎熱解路徑進(jìn)行分析，在500 ℃以下時(shí)異戊二烯和檸檬烯是主要生成物，隨著溫度的提升，逐漸受Diels-Alder 反應(yīng)控制，苯和二甲苯等物質(zhì)大量生成，并據(jù)此給出了熱解機(jī)理路徑，通過這種方式，可以估計(jì)熱解組分的產(chǎn)量，并與動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，以進(jìn)一步擴(kuò)大工藝規(guī)模。Xu 等［75］對廢自行車輪胎進(jìn)行熱解，并通過Py-GC/MS 法對產(chǎn)物分布和熱解行為進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)熱解產(chǎn)物可分為氣態(tài)、烯烴、芳烴等，并且烯烴含量隨熱解最終溫度的升高先降低后升高，而芳烴卻呈現(xiàn)出相反的趨勢，以此總結(jié)了不同熱解最終溫度和升溫速率條件下產(chǎn)物的分布，可為廢輪胎或其他聚合物工藝的工業(yè)試點(diǎn)或產(chǎn)業(yè)化提供基礎(chǔ)信息。

3.3.2 熱解機(jī)理分析

在熱解分析中，TG-FTIR 存在官能團(tuán)分析不精確，而Py-GC/MS 存在不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)分析的問題。所以在分析研究中常常同時(shí)使用將2種聯(lián)用分析法，以此來揭示有機(jī)物的熱解機(jī)理。

有機(jī)物熱解機(jī)理通常涉及到長鏈斷裂、小分子重組和電子轉(zhuǎn)移等過程，使用Py-GC/MS和TG-FTIR 聯(lián)用技術(shù)可以對這些過程加以分析。（1）熱解初期［76-83］，PE、聚酯等聚合物長鏈斷裂的產(chǎn)物可以被2 種方法捕捉分析，由此總結(jié)了多種有機(jī)聚合物在熱解過程中常見的斷鍵方式。如圖9所示，PE 和PP 的斷鍵方式類似，都是沿著長鏈方向的C—C 鍵開始斷裂，產(chǎn)生活性電子，后續(xù)生成碳碳雙鍵、與其他活性分子發(fā)生加成反應(yīng)而成環(huán)，所以它們的主要產(chǎn)物為短鏈烷烴、烯烴類；聚氯乙烯除了碳鏈上的斷裂，C—Cl之間也有可能斷裂發(fā)生消除反應(yīng)，這也是聚氯乙烯熱解更容易產(chǎn)生烯烴的原因；聚苯乙烯中由于苯環(huán)上的官能團(tuán)容易脫落，所以在熱解中產(chǎn)生大量輕芳烴；聚酯類物質(zhì)熱解時(shí)分子的斷裂方式較復(fù)雜，可能沿酯基上的C—O 鍵斷裂，生成羧酸類和醇類產(chǎn)物，也可能苯環(huán)脫離官能團(tuán)；PUT類材料在熱解時(shí)被Py-GC/MS 檢測到了中間體異氰酸酯（R—N=C=O），這種產(chǎn)物性質(zhì)活潑，在高溫下會(huì)發(fā)生大量的二次反應(yīng)，可以發(fā)生Hofmann 重排或與水、氨基等發(fā)生反應(yīng)，最終導(dǎo)致PUT 類有機(jī)物熱解過程復(fù)雜、難以分析產(chǎn)物。（2）熱解中后期［77-78，82-84］，該階段主要涉及小分子產(chǎn)物之間的互相反應(yīng)，鏈的環(huán)化是該階段的通用機(jī)理。如圖10所示，脫水環(huán)化是在聚酯、PUT 材料熱解過程中常發(fā)生的反應(yīng)，包括2個(gè)羥基脫水生成醚類物質(zhì)、2 個(gè)羧基脫水形成酸酐類物質(zhì)；在熱解產(chǎn)生較多雙鍵且距離較近時(shí)，常發(fā)生Diels-Alder 反應(yīng)和烯烴環(huán)化反應(yīng)。

圖10 環(huán)狀有機(jī)物的生成機(jī)理Fig.10 Formation mechanism of cyclic organics

3.3.3 產(chǎn)物分布分析

Py-GC/MS 由于可以精確給出產(chǎn)物官能團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)，且有半定量分析的優(yōu)勢，所以常常結(jié)合其他手段來對熱解產(chǎn)物分布情況進(jìn)行研究，如提升有機(jī)熱解產(chǎn)物中芳香烴的含量。孫鍇［85］在利用Py-GC/MS研究廢塑料熱解制備芳香烴時(shí)，發(fā)現(xiàn)磷酸活性炭對混合聚烯烴熱解油中有價(jià)產(chǎn)物（輕芳烴）的富集作用最明顯，可以達(dá)到66.0 %，且隨著溫度的提升，雙環(huán)芳烴的含量由46.8 %提至53.7 %，說明磷酸活性炭可以有效抑制芳烴的過度縮合，提高輕芳烴的產(chǎn)量。Youself 等［13］利用Py-GC/MS 分析玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂中的苯酚和乙酸時(shí)，推導(dǎo)出ZSM-5 催化劑中的活性位點(diǎn)吸附氧原子的機(jī)理，為ZSM-5 催化劑提升輕芳烴的產(chǎn)量提供了理論依據(jù)。Peng 等［14］得到了相似的結(jié)論，并研究發(fā)現(xiàn)ZSM-5 的加入使聚酯、黏膠纖維熱解產(chǎn)物中多環(huán)芳烴轉(zhuǎn)化為單環(huán)芳烴，提升了熱解油的質(zhì)量。

Py-GC/MS 可以對PAHs 和二噁英等有害物質(zhì)進(jìn)行半定量分析，并輔以其他技術(shù)手段對有害產(chǎn)物的含量進(jìn)行控制。（1）降低PAHs，基于Py-GC/MS 分析方法，發(fā)現(xiàn)廢棄橡膠熱解過程中，提升熱解溫度可以有效降低PAHs 的產(chǎn)率，同時(shí)提升熱解速率可促使4-5 環(huán)PAHs向2-3環(huán)PAHs轉(zhuǎn)化；對于廢棄塑料，低溫慢速熱解有利于降低2-4 環(huán)PAHs 的含量，熱解溫度的提升會(huì)使多環(huán)PAHs 向更少的環(huán)數(shù)轉(zhuǎn)化，此外還發(fā)現(xiàn)鋁可以抑制固相產(chǎn)物中PAHs 的生成［86-87］。（2）降低二噁英，Py-GC/MS 分析技術(shù)證明在熱解時(shí)加入抑制劑是從源頭控制且效果顯著的抑制二噁英生成的方法。劉曉靜等［88］指出，堿性氧化物可以與熱解過程產(chǎn)生的酚類物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，抑制烏爾曼反應(yīng)來降低聯(lián)苯類物質(zhì)的生成，從而使二噁英的產(chǎn)率減少78.7 %。范春龍等［16］研制的含氮抑制劑可以控制廢漆包線熱解時(shí)的二噁英產(chǎn)率，含氮抑制劑在分解時(shí)產(chǎn)生了NH2·和H· 2 種自由基，NH2·取代了本可能成為二噁英苯環(huán)上氯的位置，防止有機(jī)物逸出形成二噁英；H·活性強(qiáng)，直接攻擊二惡英上的C—O鍵，使二噁英發(fā)生開環(huán)反應(yīng)。鄧悠嫻等［17］利用碳酸鈉和碳酸鈣作為脫氯劑，在熱解過程中對PVC 中的氯原子進(jìn)行吸收，從根本上減少了二噁英的產(chǎn)生。

4 結(jié)語

有機(jī)廢棄物污染日益嚴(yán)重的情況下，對其進(jìn)行熱解處理是解決該問題的有效方法。本文基于此總結(jié)了有機(jī)廢棄物的主要熱解分析技術(shù)，包括熱分析法、熱解動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)分析以及氣體逸出分析法，以此調(diào)整熱解工藝來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降低有害產(chǎn)物、回收熱解產(chǎn)物的目的。

熱分析法可以分析材料的熱解特性，調(diào)整升溫速率、熱解氣氛等手段可以有效提升有機(jī)廢棄物的熱解失重率和熱解完成度，為有機(jī)廢棄物實(shí)際處理中節(jié)省能耗提供理論支撐。熱解動(dòng)力學(xué)分析中，無模型法是最為常見的動(dòng)力學(xué)分析方法，可以計(jì)算有機(jī)廢棄物的熱解活化能；有模型法可以探知有機(jī)物熱解反應(yīng)模型，可以迅速判斷有機(jī)廢棄物的熱解難易程度；熱解熱力學(xué)分析是從能量角度出發(fā)，可以給出有機(jī)廢棄物熱解過程中能量的變化，以此判斷熱解的能量消耗。氣體產(chǎn)物逸出分析法可以對熱解產(chǎn)物進(jìn)行分析，以此來判斷熱解進(jìn)程、熱解機(jī)理等關(guān)鍵信息。TG-FTIR 和TGMS是分析熱解產(chǎn)物的重要技術(shù)；Py-GC/MS是推斷有機(jī)物熱解機(jī)理的關(guān)鍵技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中常常與TGFTIR結(jié)合，以此明確有機(jī)廢棄物的熱解過程。

事實(shí)上，熱解處理的有機(jī)廢棄物往往是多種物質(zhì)的混合，由于各自熱解特性不同，熱分析法得到的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)分析結(jié)果往往不夠精確；此外，有機(jī)廢棄物的熱解機(jī)理是優(yōu)化其熱解產(chǎn)物的重要內(nèi)容，但由于技術(shù)限制，目前大多數(shù)機(jī)理比較模糊，難以在細(xì)節(jié)上得以證實(shí)，重點(diǎn)產(chǎn)物的生成路徑難以明確。因此，為更貼近實(shí)際情況，需要更精確的熱解動(dòng)力學(xué)方法來研究有機(jī)廢棄物的熱解特性和更先進(jìn)的分析手段來闡明其熱解機(jī)理。由此可見，熱解分析技術(shù)在有機(jī)廢棄物熱解回收處理方面具有一定的優(yōu)勢，但目前熱解技術(shù)和工藝仍然有很大的提升空間。所以，有機(jī)廢棄物熱解研究任重道遠(yuǎn)，需要新的手段或角度對熱解機(jī)理進(jìn)行闡明，進(jìn)而調(diào)控?zé)峤猱a(chǎn)物，以開發(fā)合適的熱解工藝。