王林郁 (長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院采礦測量工程系，山西 長治 046011)

廢舊輪胎熱解的熱重分析

王林郁 (長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院采礦測量工程系，山西 長治 046011)

利用微商熱重法(DTG)對廢舊輪胎在氮氣氣氛中的熱解失重進行了初步的研究。研究結(jié)果顯示，廢舊輪胎在氮氣氣氛中的熱解有一個明顯的失重區(qū)，當(dāng)溫度達到500℃時已有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,而氮氣流速對廢舊輪胎的熱解影響不大。

廢舊輪胎；熱解；熱重；升溫速率；氮氣流速

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)是能同時記錄TG曲線對溫度或時間的一階導(dǎo)數(shù)的一種方法。運用微商熱重法(DTG)在對物質(zhì)熱分析時，會同時得到TG和DTG 2條曲線：TG曲線可以反映出在不同溫度下樣品的失重情況；DTG曲線上峰的個數(shù)則可以反映樣品熱解失重是分幾個階段來進行的。為此，筆者采用微商熱重法對廢舊輪胎在氮氣氣氛中的熱解失重進行了初步的研究。

1 試驗部分

1.1儀器和樣品

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

2)樣品 試驗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，同時向加熱爐通入高純的氮氣驅(qū)出加其中的空氣。氮氣流速、升溫速率、升溫終溫和保溫時間均由程序設(shè)定。試驗的整個進程由儀器自動記錄重量變化的信號；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)、圖表及計算，可以減少處理數(shù)據(jù)所帶來的誤差。

1.3測定條件

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曲線基本相似，所以以圖1(d)為代表來分析廢舊輪胎在氮氣中熱解的過程。

從圖1(d)可以看出，廢舊輪胎熱解有一個明顯的失重區(qū)域，在這個失重的區(qū)域內(nèi)，劇烈失重出現(xiàn)在300℃左右開始，失重速率達到最大時的溫度為396.3℃左右。廢舊輪胎的高溫?zé)峤馐е卮笾驴梢苑譃?個階段：①低溫時包括有少量水分、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

2.2升溫速率對熱解過程的影響

不同升溫速率時的DTG曲線如圖2所示，從圖2可以看出不同升溫速率會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)達到最大失重速率的溫度提前。升溫速率對廢舊輪胎熱解的影響比較大，可能是因為廢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)的是單個峰，而是由各成分的峰疊加起來的。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)物來控制升溫速率從而來控制反應(yīng)的過程。

2.3氮氣流速對熱解過程的影響

不同N2流速時的TG曲線如圖3所示，從圖3中可以清晰地看出：在低溫區(qū)，氮氣的流速對樣品失重影響不大。但在廢舊輪胎可分解組分分解接近完全時，當(dāng)?shù)獨饬魉俚陀?0ml/min時，廢舊輪胎樣品在420～900℃還有一個逐漸失重的過程；而當(dāng)?shù)獨饬魉俪^30ml/min時，廢舊輪胎樣品可分解組分接近于完全分解。因此，氮氣流速對廢舊輪胎熱解會產(chǎn)生影響，主要原因是當(dāng)?shù)獨饬魉佥^低時，氮氣不能及時帶走熱量，使顆粒內(nèi)外溫差變大，有可能影響內(nèi)部熱解的進行。

圖2 不同升溫速率時的DTG曲線

圖3 同N2流速時的TG曲線

4 結(jié) 論

通過TG/DTG分析，廢舊輪胎的熱解有一個很明顯失重區(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)溫度達到500℃時就有60%以上的組分發(fā)生分解，溫度再升高分解速率會降低，但其后失重百分率相差很??；升溫速率對廢舊輪胎的熱解影響比較大，同時也比較復(fù)雜，即隨著升溫速率的提高而最大失重速率明顯增大，同時失重反應(yīng)段的溫度區(qū)間也會變寬，而且熱解達到最大失重速率的溫度也會提前，但升溫速率變化對快速失重的失重百分率影響不大；氮氣流量對熱解的影響不大。

[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，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力學(xué)模型[J].東華大學(xué)學(xué)報(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