生物质与塑料共热解协同特性研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.021

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (10): 149-158.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.021

生物质与塑料共热解协同特性研究进展

王志伟¹^,²(), 吴梦鸽¹^,², 陈颜¹^,², 郭帅华¹^,², 李甜甜¹^,², 赵俊廷¹^,², 李辉³, 雷廷宙⁴

^1.河南工业大学环境工程学院，郑州 450001
^2.河南工业大学碳中和研究院，郑州 450001
^3.湖南省林业科学院省部共建木本油料资源利用国家重点实验室，长沙 410004
^4.常州大学城乡矿山研究院，江苏常州 213164

收稿日期:2022-07-17 出版日期:2022-10-26 发布日期:2022-10-27
作者简介:王志伟（1980-），男，博士，研究员，主要研究方面为生物质热化学转化技术、有机固体废弃物高效处理技术，bioenergy@163.com
基金资助:
国家重点研发项目(2019YFB1503903);中国欧盟地平线项目(MJ?2020?D?09);中原科技创新领军人才项目(194200510028)

Recent advances in synergistic characteristics of co⁃pyrolysis derived from biomass and plastic

WANG Zhiwei¹^,²(), WU Mengge¹^,², CHEN Yan¹^,², GUO Shuaihua¹^,², LI Tiantian¹^,², ZHAO Junting¹^,², LI Hui³, LEI Tingzhou⁴

^1.School of Environmental Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China
^2.Institute for Carbon Neutrality，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China
^3.State Key Laboratory of Utilization of Woody Oil Resource，Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China
^4.Institute of Urban and Rural Mining，Changzhou University，Changzhou 213164，China

Received:2022-07-17 Online:2022-10-26 Published:2022-10-27

摘要/Abstract

摘要：

通过梳理最新的生物质与塑料共热解技术研究进展，对共热解过程中协同效应、热重特性、动力学机理、气液固三相产物特性进行综述，归纳了生物质与塑料共热解的协同特性和优势特点，为生物质废弃物与废塑料共热解技术提供理论依据，为环境治理提供方案参考，有利于创造经济效益和生态效益，加快实现社会可持续发展的目标。

关键词: 生物质与塑料, 共热解, 协同效应, 动力学特性, 气液固产物

Abstract:

According to the recent advances in co⁃pyrolysis of biomass and plastic technology， the synergistic effectiveness， thermogravimetric characteristic， kinetic mechanisms， and characteristics of gas， liquid and solid products during the co⁃pyrolysis process were summarized. The synergistic characteristics and advantages of co⁃pyrolysis derived from biomass and plastic were concluded. This paper can provide a theoretical basis for the co⁃pyrolysis technology of biomass waste and waste plastics as well as a scheme reference for environmental treatment. It is expected to create economic and ecological benefits and accelerate the realization process of sustainable development goals.

Key words: biomass and plastic, co?pyrolysis, synergistic effect, kinetic characteristic, gas liquid solid product

中图分类号:

TQ321

王志伟, 吴梦鸽, 陈颜, 郭帅华, 李甜甜, 赵俊廷, 李辉, 雷廷宙. 生物质与塑料共热解协同特性研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 149-158.

WANG Zhiwei, WU Mengge, CHEN Yan, GUO Shuaihua, LI Tiantian, ZHAO Junting, LI Hui, LEI Tingzhou. Recent advances in synergistic characteristics of co⁃pyrolysis derived from biomass and plastic[J]. China Plastics, 2022, 36(10): 149-158.

图/表 9

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实验材料	表征现象	参考文献
生物质与PE⁃HD	生物炭比表面积变低	［25］
木质素与PE⁃HD	热解失重速率变大，固体残渣量减少	［26］
生物质与塑料	热解指数变大	［27］
小球藻与PP	活化能降低	［28］
橄榄渣与聚氯乙烯（PVC）	活化能降低	［29］
花旗松与PE⁃LD	活化能降低	［30］

实验材料	表征现象	参考文献
生物质与PE⁃HD	生物炭比表面积变低	［25］
木质素与PE⁃HD	热解失重速率变大，固体残渣量减少	［26］
生物质与塑料	热解指数变大	［27］
小球藻与PP	活化能降低	［28］
橄榄渣与聚氯乙烯（PVC）	活化能降低	［29］
花旗松与PE⁃LD	活化能降低	［30］

方法	不同生物质活化能值/kJ·mol^-1	参考文献
C⁃R法	玉米秸秆：68.8、稻秆：70.0	［39］
Doyle法	玉米秸秆：189.0、稻秆：179.3
最大速率法	玉米秸秆：185.1、稻秆：212.2
DAEM	玉米秸秆：210.0、稻秆：215.0
KAS	大丽花：220.12	［40］
FWO	大丽花：229.81
Friedman法	大丽花：222.57
DAEM	大丽花：232.78
阿伦尼乌斯方程	红松（纤维素为主）：51.215	［41］
	木屑（木质素为主）：14.779
	秸秆（半纤维素为主）：38.696
Friedman法	杏壳：188.22、小麦秸秆：220.77、杨树木屑：175.87	［42］
FWO	杏壳：178.56、小麦秸秆：200.51、杨树木屑：174.69
DAEM	杏壳：287.44、小麦秸秆：284.35、杨树木屑：309.96

方法	不同生物质活化能值/kJ·mol^-1	参考文献
C⁃R法	玉米秸秆：68.8、稻秆：70.0	［39］
Doyle法	玉米秸秆：189.0、稻秆：179.3
最大速率法	玉米秸秆：185.1、稻秆：212.2
DAEM	玉米秸秆：210.0、稻秆：215.0
KAS	大丽花：220.12	［40］
FWO	大丽花：229.81
Friedman法	大丽花：222.57
DAEM	大丽花：232.78
阿伦尼乌斯方程	红松（纤维素为主）：51.215	［41］
	木屑（木质素为主）：14.779
	秸秆（半纤维素为主）：38.696
Friedman法	杏壳：188.22、小麦秸秆：220.77、杨树木屑：175.87	［42］
FWO	杏壳：178.56、小麦秸秆：200.51、杨树木屑：174.69
DAEM	杏壳：287.44、小麦秸秆：284.35、杨树木屑：309.96

方法	单独生物质/塑料活化能值/kJ·mol^-1	生物质与塑料共热解活化能值/kJ·mol^-1	参考文献
C⁃R	木屑：112 PE⁃HD：517 PE⁃LD：270 PP：319.7	50木屑：50PE⁃HD（低温、中温、高温）=119、206、493 50木屑：50PE⁃LD（低温、中温、高温）=107、164、498 50木屑：50PP（低温、中温、高温）=128、249、426	［26］
FWO	—	废纸与PP=148.73±7.87	［43］
Friedman	—	废纸与PP=133.98±11.59
C⁃R	—	废纸与PP=143.74±13.83
FWO	纤维素：169.29 松木：185.57 PE⁃LD：249.97	纤维素与PE⁃LD（无催化剂）=201.57 纤维素与PE⁃LD（含催化剂）=168.81 松木与PE⁃LD（无催化剂）=224.34 松木与PE⁃LD（含催化剂）=173.23	［49］
Friedman	核桃壳：155.3 PS：208.6 桃核：146.4	核桃壳与PS=202.9 桃核与PS=195.7	［45］
FWO	核桃壳：159.2 PS：210.8 桃核：150.1	核桃壳与PS=201.0 桃核与PS=183.0
KAS	核桃壳：157.6 PS：209.0 桃核：147.8	核桃壳与PS=200.2 桃核与PS=181.2
Starink	核桃壳：158.0 PS：209.4 桃核：148.3	核桃壳与PS=200.6 桃核与PS=181.7
C⁃R	—	75浒苔：25PVC（第一阶段、第二阶段）=66.37、21.06 75浒苔：25PS（第一阶段、第二阶段）=38.72、114.43 50浒苔：50PVC（第一阶段、第二阶段）=88.63、32.26 50浒苔：50PS（第一阶段、第二阶段）=46.09、224.92 25浒苔：75PVC（第一阶段、第二阶段）=155.29、44.50 25浒苔：75PS（第一阶段、第二阶段）=145.07、37.81	［47］
KAS	泡桐木材：189±5 PP：149±4 PVC：152±5 PET：228±5	75泡桐木材：25PP=136±4 75泡桐木材：25PVC=158±5 75泡桐木材：25PET=136±4 50泡桐木材：50PP=137±4 50泡桐木材：50PVC=118±3 50泡桐木材：50PET=191±5 25泡桐木材：75PP=152±3 25泡桐木材：75PVC=153±4 25泡桐木材：75PET=203±4	［51］
FWO	泡桐木材：190±5 PP：153±5 PVC：155±4 PET：228±4	75泡桐木材：25PP=140±4 75泡桐木材：25PVC=160±4 75泡桐木材：25PET=140±3 50泡桐木材：50PP=141±5 50泡桐木材：50PVC=123±4 50泡桐木材：50PET=193±5 25泡桐木材：75PP=158±4 25泡桐木材：75PVC=156±5 25泡桐木材：75PET=211±5	［51］

生物质与塑料共热解协同特性研究进展

Recent advances in synergistic characteristics of co⁃pyrolysis derived from biomass and plastic

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实验材料	对比项目	单独生物质/塑料热解	生物质与塑料共热解	参考文献
生物质与塑料	热解残渣产量/%	生物质热解残渣产量 30 PP热解残渣产量 5 PE⁃LD热解残渣产量 8 PE⁃HD热解残渣产量 15	50生物质∶50PP=7 50生物质∶50PE⁃LD=15 50生物质∶50PE⁃HD=8	［26］
木质素与PE⁃HD	酚类/糖类化合物产率/%	木质素酚类化合物产率： 17.84 木质素糖类化合物产率： 5.17	酚类化合物产率：0.87 糖类化合物产率：0.22	［28］
纤维素与塑料	C₂H₄O（醛）面积百分比/% C₄H₆O₂（酮）面积百分比/% C₃H₆（烯烃）面积百分比/%	纤维素0.65；塑料0 纤维素0.66；塑料0 纤维素0；塑料1.22	纤维素：塑料=（1∶1，1∶3） 0.31；0.22； 0.29；0.19； 1.67；1.85；	［33］
木屑和PE⁃LD	固/液/气产物产率/%	生物质 24.00/42.00/36.00	16.00/56.84/30.00	［34］
杏仁壳与PE⁃HD	固/液/气产物产率/%	杏仁壳28.23/21.12/32.63 PE⁃HD 0/56.00/44.00	杏仁壳∶PE⁃HD=（1∶1，1∶2， 2∶1） 15.58/41.39/33.02 9.25/50.88/24.45 20.04/37.93/28.16	［45］
松果与塑料	固（残渣）/液/气产物产率/%	松果 36.6/8.9/15.9 PE 16.8/68.2/14.4 PP 14.7/72.6/12.7 PS 13.8/85.2/1.0	松果与PE 19.6/45.0/16.5 松果与PP 19.1/45.7/16.8 松果与PS 21.5/52.3/8.8	［46］
纤维素与PE⁃LD	固（残渣）/液/气/单环芳烃产率/%	生物质 16.8/36.82/31.46/47.67 PE⁃LD 7.12/82.68/10.2/85.6	5.57/58.02/19.84/51.58	［49］
藻类与PE⁃LD	CH₄产率/%	PE⁃LD产CH₄率% 21.22	产CH₄率：>30%	［55］
藻类与PE⁃LD	气体产物LHV/MJ·kg^-1	生物质气体产物LHV 19.51	75藻类∶25PE⁃LD=18.69 50藻类∶50PE⁃LD=18.60 25藻类∶75PE⁃LD=18.11	［55］
木屑与PP	固（残渣）/液/气产物产率/%	木屑 6.3/71.0/15.5 PP 5.9/74.0/15.4	木屑∶PP=（9∶1，8∶2） 5.5/70.6/16.1 5.4/68.6/17.9	［56］
玉米秸秆与PP	固/液/气产物产率/%	玉米秸秆固/液/气产物产率29.6/19.1/51.3 PP固/液/气产物产率0.2/57.1/42.7	玉米秸秆∶PP=（3∶1，1∶1，1∶3） 22.25/28.6/49.15 14.9/38.1/47.0 7.55/47.6/44.85	［63］
玉米秸秆与PP	液体产物HHV/kJ·kg^-1	玉米秸秆液体产物HHV 28.44 PP液体产物HHV 46.83	玉米秸秆∶PP=（3∶1，1∶1，1∶3） 38.60/41.78/45.84	［63］
巨龙竹与PE⁃LD	含氧化合物产率/%	巨龙竹含氧化合物产率 31.58	含氧化合物产率 10.68	［71］
生物质与塑料	生物炭产率/%	稻草生物炭产率 34.1 木材生物炭产率 19.8 塑料生物炭产率 20.9	稻草∶塑料=（1∶1） 26.4 木材∶塑料=（1∶1） 31.8	［72］

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