答辩陈述在线视频

下面我们就是

首先我代表

咱们动力工程系及工程热物理的

学位分委员会

批准的

周会同学的

同意学位论文答辩的申请

和答辩委员会组成的决定

告诉大家一下

整个论文

经过多年的努力

通过评审

现在可以递交答辩

分委员会正式同意

学位论文的答辩申请

并组成以下的答辩委员会

主席由我姚强

清华大学热能系

担任委员的有四位

有中科院工程热物理所

吕清刚教授

中科院力学所魏小林教授

清华大学热能系何榕教授

和清华大学热能系张衍国教授

秘书的话

由李清海副教授担任

下面正式宣布答辩会开始

先请答辩委员会秘书李清海

介绍一下周会的基本情况

好的 主席 各位委员

下面我介绍博士申请人

周会的基本情况

周会 男 吉林省榆树市人

2006年至2010年

在清华大学热能工程系学习

并获得工程学士学位

2010年免试进入

清华大学热能工程系

攻读工学博士学位至今

周会同学在读期间

发表期刊文章16篇

国际会议文章4篇

博士期间主要课程成绩如下

实验设计与数据处理97分

现代热工测量与实验技术91分

燃烧学(II) 90分

高等热力学 88分

介绍完毕

好 谢谢李清海

那么下面我们有请周会

介绍一下论文的基本情况

时间控制在四十五分钟之内

好 谢谢老师

各位老师同学大家上午好

首先感谢各位老师

在百忙之中抽出时间

参加我的答辩

我是热能系热能所的博士生周会

导师是张衍国老师

我的研究课题是可燃固废

热化学转化过程相互作用

及影响因素的研究

今天我将从以下五个方面

介绍今天的内容

首先是引言

研究内容与思路

研究方法与手段

最后是结果与分析

总结与展望

众所周知

我国的可燃固废的焚烧的比例

和焚烧的量

呈现了逐年增加的趋势

然而各地的垃圾焚烧项目

由于污染问题

频频遭到居民的抵制

可燃固废的热解和气化

是一种新的可燃固废

能源化利用方式

一方面可以产生

广泛二次应用的

热解气 焦油和焦炭

可以用于车载燃料

或者化工原料

同时在惰性

或还原性气温下的二恶英

比氧化气氛下要少

可燃固废的热解气化和燃烧

可以统称为

可燃固废热化学转化的三种方式

其中热解是将可燃固废

转化为气体和凝聚相的过程

无论是热解 气化 还是燃烧

都会产生多环芳烃这种污染物

在热解和气化的氛围中

多环芳烃主要出现在焦油中

在燃烧的氛围中

多环芳烃主要出现在

气相的颗粒物中

同时无论热解 气化 还是燃烧

首先经历的都是干燥

和热分解的过程

因此我们可以认为热解过程

是热化学转化过程的基础

以往针对于可燃固废的一些研究

有一些研究以混合固废为主

然而不同时间

不同地点的混合固废的

组分和性质不同

实验难以被重复

同时即使选取了

某一种特定的组分

比如塑料 果皮

由于其不是标准物质

不同时间地点的塑料

和果皮的性质仍然可能不同

因而有一些研究

选取了可燃固废中

一些相对标准的物质

比如纤维素 聚乙烯

我们可以称之为模型物质

模型物质具有以下两个主要特点

首先性质相对确定简单

具有良好的通用性和重复性

在本文中

我们在模型物质的基础上

提出了基元物质的概念

基元物质

除了具有模型物质的性质

还可以表征复杂的真实对象

比如生物质

主要可以由纤维素 半纤维素

和木质素来构成

从基元物质到真实的可燃固废

不可避免的要涉及到

可燃固废间的相互作用

那么以往针对相互作用

也有一些研究

但总结起来有以下几点不足

首先以真实组分的混合作用为主

缺少基元物质混合作用的研究

以TGA实验台为主

缺少克级物料实验台上的研究

以动力学特性为主

缺少气体和焦油生成特性的研究

以慢速热解为主

缺少快速热解过程

混合作用的研究

然而快速热解过程的混合作用

可能与慢速热解有显著的不同

可燃固废热化学转化过程中

常用的动力学模型

主要有以下四种

单一反应模型

分段反应模型

分布活化能模型

和平行反应模型

其中平行反应模型

是近年来新兴的一种模型

它是将复杂的反应

假定为若干个平行反应同时发生

然而其存在的不足是

如何进行平行反应的分解

是一个比较棘手的问题

针对以上的文献综述的结果

我们提出了以下的科学问题

首先复杂的可燃固废组分

如何进行有效的

热化学转化性质描述

可燃固废组分与反应条件

对多环芳烃的影响规律

是怎么样的

组分之间的相互作用机制

和结果如何

本文的研究内容是

可燃固体废弃物

热化学转化特性

研究的对象是刚刚提到的

基元物质

研究的热化学转化特性的

四个方面

包括动力学特性 质量分布特性

气体排放特性

和多环芳烃生成特性

首先我们研究了

单组分基元物质的

热化学转化的特性

之后在研究了

温度 升温速率

气氛 氯与金属

四种影响因素的作用

研究影响因素

也是为单组分和多组分的实验

提供反应条件的指导

最后我们研究了

多组分之间的相互作用

研究的平台

包括TGA和固定床

首先我们来看第一部分

就是基元物质的选取

在实验的探索阶段

我们进行了

可燃固废的一个统计学分析

并从中选取了

几十种可燃固废中的组分

进行一些基础的

热化学性质的分析

这些分析包括工业分析

元素分析 热值的分析

以及在TGA实验台上

热失重特性的分析

在此基础上

我们可以用统计学中

聚类分析的方法

对这些组分进行一个聚类的分析

从中可以筛选出典型物质

和基元物质

在厨余 木竹 纸张 织物 塑料

五个大类中

我们一共筛选了九种基元物质

九种基元物质可以涵盖

可燃固废中的主要组分

其中果胶 淀粉 半纤维素

纤维素和木质素

我们可以称之为生物质类基元

PE PS PVC和PET

可以称之为塑料类基元

那么基元物质的选取

主要满足以下几个性质

确定性 通用性 完备性

我们从基元的角度

阐述了可燃固废

那以往针对于

可燃固废的一些研究

往往存在着通用性不够

重复性比较差

且缺乏体系的问题

因此我们是首次

从基元物质的角度

对可燃固废进行一个分析

那么这个成果也得到了

国内外同行的广泛关注

至今已被引用了29次

在基础阶段我们进行了

基元物质的一些基本性质的研究

包括工业分析 元素分析

热值的测量

以及在固相红外上

官能团的分析

那这些基础的性质

也将对后续

热化学转化性质的研究

产生一些指导作用

和机理的分析的作用

下面是第二部分

我们实验台TGA和固定床

在TGA-FTR实验台上

我们的实验条件是

载气速率是100毫升每分钟

升温速率使10摄氏度每分钟

升温区间是50到1000摄氏度

FTR的分辨率是1

实验台的重复性表明

TGA实验台的重复性比较好

同时TGA实验台

存在着以下几个不足

首先升温速率

不能超过100摄氏度每分钟

传热传质过程通常被忽略

毫克级的样品量

难以研究混合作用

为此我们搭建了

Macro-TGA的实验台

也就是热转化

质量在线监测的系统

它可以解决以上三个不足

首先可以实现快速反应

同时传热传质作用明显

可以研究克级样品量

可以研究混合作用

这是我们实际搭建的

Macro-TGA的实验台的示意图

气体通过质量流量计

进入到反应器中

反应样品承载于坩埚之中

悬吊于顶部的天平之下

天平测量的质量的在线数据

和温度的在线数据

可以通过电脑进行实时采集

实验台质量的重复性是

质量的可读性是0.1mg

质量采样频率是11Hz

每次实验的样品量是1.5g

载气流率是1L/min

这是实验台真实的照片

在预实验阶段

我们首先进行了

空白背景的采集

虽然原始信号存在着一些噪声

但是可以通过滤波进行处理

我们得到空白实验质量波动

约为-0.008g

相对的质量波动为0.53%

在每次实验的过程中

我们会重复该空白背景

并减去相应的背景值

同时我们验证了

Macro-TGA实验台的重复性

在基础阶段我们进行了

样品和粒度的影响

也是作为实验台的预实验阶段

我们以PVC为例

研究了样品质量对热解的影响

可以看到当样品质量从0.5g

增加到4.5g的时候

对于慢速热解

Macro-TGA的实验结果影响不大

而对于快速热解

实验的影响比较明显

当质量增加时

反应的需要的时间越来越长

同时我们以PE为例

研究了样品粒度

对热解的影响

我们可以看到样品粒度

对于慢速热解

和快速热解的影响

都不是特别明显

为了进一步研究

热化学转化过程中产物

尤其是焦油和气体的特性

我们搭建了如图所示的

水平的固定床的实验台

这部分工作

主要在英国利兹大学完成

那么实验台的核心部件

是焦油的收集系统

焦油我们通过两级冷凝进行收集

第一级冷凝

通过空气进行冷却

第二级冷凝

通过干冰进行冷却

预实验表明

这种冷却方式

对于焦油的吸收效果非常好

如果有氯化氢生成的话

我们会加入一个

氯化氢的吸收装置

最后气体通过

气袋进行收集

通过气相色谱进行测量

那么实验台的核心部件

是焦油的分析系统

焦油我们用了乙酸乙酯进行收集

通过无水硫酸钠和石英棉

进行脱水和过滤

通过分离柱进行了油分离

得到脂肪烃 芳香烃

和非碳氢化合物

最后通过色谱 质谱的联用

进行测量

色谱 质谱联用

用标准物质进行了标定

因此我们可以得到

多环芳烃的定量的分析结果

这套焦油的分析系统

尤其是多环芳烃的分析系统

处于国际上的领先水平

尤其是油分离的方法

解决了色谱峰重合的问题

提高了多环芳烃测量的精度

这是实验台真实的照片

这是油分离过程的照片

下面进入

我们实验结果的第一部分

就是基元物质单组分的热解特性

我们首先在TGA实验台上

研究了基元物质

单组分的热解特性

我们把它们分成三组

半纤维素 纤维素 木质素

果胶 淀粉 以及四种塑料

同时得到了TGA特性

和DTG特性

同时与TGA联用的FTIR

我们得到了各种气体的

在线生成的特性

根据TGA的结果

我们采用了一种

新的动力学参数的计算方法

它主要基于以下三点假设

首先将热解过程

视为若干个反应的叠加

也就是典型的

平行反应模型的假设

同时假定每个峰的出现

是由于一个独立反应

假定每个峰为常见的高斯峰

因此通过峰的分析

再结合阿累尼乌斯方程

和最小二乘法

我们可以计算

动力学的参数、指前因子

和活化能

同时我们引入了一个

平均偏离指数ADI

进行动力学参数

计算精确性的评估

这里面我们以半纤维素为例

可以看到半纤维素的热解过程

可以分为三个平行反应

在低温区有两个尖锐的峰

在高温区有一个稍微平坦的峰

同时每个峰可以用最小二乘法

进行动力学参数的计算

而且计算得到的结果

和实验的结果符合较好

除了半纤维素可以看到

纤维素和聚苯乙烯

它的反应比较简单

可以用一个平行反应来表示

而PVC可以用

三个平行反应来表示

反应的级数

是与反应机理有关的

我们得到的慢速热解

过程中的反应级数

主要是在1到1.5之间

其中平均偏离指数

主要是在2以下

因此可以保证计算结果的准确性

在快速热解的过程中

我们有同样的计算结果

我们用同样的峰分析

最小二乘的方法进行了

快速热解动力学参数的计算

可以看到快速热解

与慢速热解主要有两点不同

首先它的横坐标不再是温度

而是时间

同时在快速热解过程中

由于反应较快

因此很多峰在快速热解过程中

合并为单一的峰

因此各种基元物质

在快速热解的过程中的峰

数量都比较少

大多数的反应

可以用一个峰来表示

其中木质素

仍然需要用两个峰来表示

我们计算得到

快速热解的反应级数

是在2到3之间

同时我们在固定床的实验台上

进行了反应产物的分析

反应的条件是800摄氏度

首先我们通过质量平衡这个参数

对实验的准确性进行一个评估

质量平衡的计算方法

是反应结束的气体、焦油

和固体的量

也就是得到了回收率

我们可以看到

我们反应的质量平衡

都在88%以上

可以保证实验的准确性

同时我们对生物质类基元

和塑料类基元

进行一个定性的比较

首先纤维素和淀粉的产气量最大

半纤维素产生的焦油量最大

木质素的残余固体最多

也与它较多的固定碳和灰分有关

在塑料类基元中

PE PVC PET的产气量最大

而PS产焦油量最大

其中PS产的焦油

主要是聚苯乙烯

PVC生成了38.5%的氯化氢

比PVC中的真实氯含量要低

其机理我们将在后续

进行详细的分析

同时我们通过了气相色谱

得到了各种基元物质

热解过程中

产生的气体的情况

可以看到生物质

比塑料类生成更多的氢气

纤维素和淀粉

生成最多的一氧化碳

与它结构内的醚基有关

果胶和PET生成最多的二氧化碳

主要与它结构内的酯基有关

同时PE生成

最多的碳2到碳4的烃类

多环芳烃的分析

是我们实验中的一个重点

那么在实验过程中

我们一共检测到了

美国环保部提供的

优先控制的12种多环芳烃

主要存在于两个环到四个环

可以看到

最简单的多环芳烃 也就是萘

它是焦油中含量最多的多环芳烃

同时两种多环芳烃

两种萘的衍生物

1-甲基萘和2-甲基萘

在焦油中含量也非常显著

而菲是含量最多的三环芳烃

多环芳烃的总量我们可以看到

PS和PVC

生成的多环芳烃最多

在生物质中

生物质类基元中

木质素生成的多环芳烃的总量

是最多的

同时我们得到了

计算了不同环数

多环芳烃的比例

可以看到不同木质

生成的多环芳烃的环数

分布特性是不同的

PE生成的两环芳烃的比例

高达90%

而多环芳烃质量的百分之比是

两环大于三环大于四环

根据以上的实验结果

我们进行了

基元物质热解机理的

简单的分析

这里面我们以PVC为例

PVC的热解

经历了先脱氯后断链的过程

首先在脱氯过程

生成氯化氢气体

而后得到含有双键的物质

在慢速热解的过程中

全部的氯以氯化氢的形式出现

而在快速热解的过程中

脱氯过程是不完全的

因此部分氯

不以氯化氢的形式出现

在热解的过程中

苯和碳烟可能同时生成

同时多环芳烃

来源于二次反应

随着温度的升高被促进

而PS的热解机理相对比较简单

首先经历了解聚的过程

生成苯乙烯单体

而后通过脱氢加乙炔的机理

就是HACA的机理

通过苯乙炔的中间体

最后可以生成多环芳烃萘

那么多环芳烃的生长

我们通过实验分析的结果

和文献调研的结果

主要得到了以下两种机理

首先是常规的HACA机理

就是脱氢加乙炔的机理

可以通过萘

生成更高分子的多环芳烃

而通过我们实验的结果

我们认为还存在另外一种机理

就是萘与环戊二烯自由基的

相互作用

环戊二烯自由基也就是CPD

它可以取代萘的α位和β位

而取代α位有7个共振结构

其中4个有芳香性

主要生成菲

取代β位其中有6个共振结构

2个有芳香性

生成菲或者蒽

那么我们实验前面的结果表明

菲的量是远远大于蒽的

因此我们可以通过共振理论

进行很好的解释

共振结构越多 芳香性越强

这种中间产物越稳定

因此菲的生成是远远优于蒽的

总结一下这一部分

我们的一个小结

首先在动力学特性方面

我们开发了

峰分析最小二乘的方法

进行了动力学参数的计算

计算结果可准确的预测

动力学特性

在气液固产物分布特性方面

生物质类基元

纤维素和淀粉产气量最大

半纤维素产焦油量最大

而塑料类基元

PE PVC和PET产气量最大

PS产焦油量最大

那么多环芳烃的生成特性

PS和PVC

生成的多环芳烃最多

而萘是最丰富的多环芳烃

菲是最丰富的三环芳烃

而多环芳烃可以通过HACA机理

和萘与CPD作用机理进行生长

在研究了

单组分热解特性的基础上

我们研究了温度 升温速率

气氛 氯与金属

几种影响因素的作用

在研究的过程中我们选取了

两种有代表性的物质

选取了木质素

作为生物质类基元的代表

选取了PVC

作为塑料类基元的代表

选取这两种物质

主要有以下几个原因

首先这两种物质结构复杂

热化学转化过程复杂

同时在可燃固废中含量高

并且生成多环芳烃多

在研究影响因素的过程中

我们主要研究了温度

从500度到900摄氏度的变化

也是可燃固废热化学转化

通常的温度

研究了升温速率

就是快速反应和慢速反应

也是实际可燃固废

热转化的两种形式

同时研究了氮气 空气

二氧化碳三种气氛

最后研究了氯化钠

氢氧化纳以及氯化铜

三种物质的作用

研究这三种物质的原因是

在可燃固废中含量比较高

同时可能对多环芳烃的生成

有重要影响

温度对木质素热解的影响

我们研究了

从500度到900度的作用

可以看到

当温度从500度

升高到900摄氏度的时候

在Macro-TGA实验台上的

TGA曲线和DTG曲线的变化

是单调的

而我们为了

定量的来评估这种变化

引入了反应结束时间

最大失重时间

最大失重速率

和热解特性指数

几个特征参数

首先我们看到

反应结束时间

是先增加后减小

在700度到800摄氏度

有一个峰值

通过上面的TG曲线

我们可以很好的进行解释

因为在700度到800摄氏度的时候

有新的反应发生了

最大失重时间

是随温度的升高而下降的

最大失重速率

是随温度的升高而显著增加的

最后的热解特性指数

它是最大失重速率

除以最大失重时间

和反应结束时间

也是文献中经常采用的

衡量热解难易程度的一个参数

可以看到热解特性指数

是随温度的升高而增加的

温度对质量分布的影响

也就是对气液固产率的影响

我们可以看到

随着温度从500摄氏度

增加到900摄氏度

气体的产量是增加的

而固体和焦油的产量是减少的

其中气体中

所有气体都有所增加

而增加最为明显的是

氢气和一氧化碳

焦油的分子量

我们使用了尺寸排阻色谱

也就是SEC进行分析

可以看到随着温度的升高

焦油的分子量是增加的

尤其是800度到900摄氏度的过程

焦油的分子量增加比较明显

我们认为主要是在这过程中

发生了二次反应

在后续我们会详细进行解释

温度对木质素热解过程中

多环芳烃生成的影响

可以看到

两环的多环芳烃萘

随着温度的升高

是显著增加的

而其中两种萘的衍生物

在800摄氏度到900摄氏度区间

有一个下降的趋势

那么这是一个比较奇怪的结果

我们认为主要是发生了

脱甲基的反应

而三环芳烃和四环的芳烃

随温度的升高是显著增加的

其中三环芳烃和四环芳烃

在700摄氏度以下的量

是非常非常小的

在700摄氏度以上

有了显著增加的趋势

多环芳烃生成的总量

和温度的关系

可以近似用二次函数进行表示

可以看到温度升高越高

多环芳烃增加趋势越快

随着温度的升高

两环芳烃的比例减少

三四环芳烃的比例是增加的

这也和前面焦油分子量分布特性

是一致的

之后我们研究了

升温速率和气氛

两种影响因素的作用

可以看到我们研究

比较了快速热解

和慢速热解的过程

与快速热解相比

慢速热解生成的气体较少

焦油较多

而与热解气氛相比

在空气和二氧化碳气氛下的

生成的气体较多 焦炭较少

同时在慢速热解的条件下

多环芳烃的生成量是非常少的

而不同气氛下

多环芳烃的生成量

是氮气大于空气大于二氧化碳

最后一部分

我们研究了氯与金属的影响

我们主要研究了

氯化钠 氢氧化纳

以及氯化铜

三种物质的影响

可以看到

氯化钠和氢氧化纳加入以后

效果是相似的

多环芳烃的总量是减少的

而加入氯化铜以后

多环芳烃的生成总量也有所减少

但减少程度较低

而通过SEM的分析我们得到了

钠主要出现在固体中

以氯化物和氧化物形式出现

而加入氯化铜以后

残余物质出现了一些细颗粒

根据以上的实验结果

我们进行了木质素

热化学转化机理的一个分析

为了进一步分析这种机理

我们还监测了木质素

热化学转化过程中的

一些中间产物

主要包括一些含羟基 甲氧基

以及烷基的一些物质

可以看到在低温区

含有羟基 甲氧基

和烷基的物质比较多

而随着温度的升高

这几种物质的基团逐渐脱去

因此我们认为

在热化学转化过程中

脱甲氧基 脱甲基

和脱羟基的反应是同时发生的

为了进一步表示这个反应

我们以木质素热解的

单体松柏醇为例

如图所示进行了详细的表示

同时我们认为

多环芳烃主要是来源于

苯类衍生物的缩合

而在快速热解的过程中

温度升高焦油生成减少

多环芳烃生成增加

原因是二次反应被促进

而在慢速热解生成的焦油多

多环芳烃少

原因是二次反应受到了限制

而在空气和二氧化碳气氛下

生成的多环芳烃少

原因是木质素及中间产物

可能被氧化

总结一下这部分

我们得到了以下几点结论

首先温度的影响

热解温度越高

起始热解越快

气体产量增加

焦油和残余固体减少

焦油的分子量增加

多环芳烃增加

且大分子多环芳烃比例增加

原因是温度升高

促进了二次反应的发生

升温速率的影响

由于慢速热解过程中

二次反应受限

与快速热解相比

慢速热解生成的焦油更多

气体更少 多环芳烃更少

气氛的影响

以氮气气氛下相比

空气或二氧化碳气氛下

气体和焦油增加

多环芳烃减少

原因是空气或二氧化碳气氛下的

氧化作用

氯与金属的影响

氯化钠 氢氧化纳

以及氯化铜

对多环芳烃的生成

都存在着不同程度的抑制作用

最后是热化学转化机理

木质素的热解从解聚开始

随着温度的升高

发生了脱甲氧基

脱羟基 脱甲基的反应

而后发生

苯生长为多环芳烃的反应

那么从基元物质到实际物质

不可避免的

涉及到组分的相互作用

因此多组分的相互作用

也是我们研究的

一个重点的内容

在此过程中

我们主要选取了两种

非常典型的相互作用进行研究

首先是半纤维素

纤维素 木质素

两两混合的相互作用

选取这种混合作用进行研究

主要有以下几个原因

首先这三种物质经常一同出现

并且在可燃固废中含量较高

同时研究这三种物质的混合作用

不仅对可燃固废有重要意义

对生物质

比如秸秆也有重要的意义

而后我们研究了

PVC与半纤维素

纤维素 木质素

分别混合的相互作用

研究这种混合作用的原因是

由于含氯

PVC在可燃固废中具有特殊性

同时预实验表明

PVC与木质纤维类基元的

混合作用明显

在研究混合作用的过程中

我们主要选取了

一比一的比例进行混合

那么该比例也是混合作用

影响比较明显的比例

在比较过程中

我们主要比较了

混合实验的结果

和线性叠加的结果

并对二者进行了比较

研究的实验平台

是TGA和固定床

首先我们看半纤维素

纤维素和木质素的两两混合

在TGA实验台上的结果表明

半纤维素和纤维素

以及半纤维素和木质素

它的混合作用并不是特别明显

可以看到实验中的两条曲线

是接近于重合的

而纤维素和木质素

它的混合效应是比较明显的

为了定量的来评估

这种混合效应

我们引入了一个

热解曲线重合度的概念

它主要是根据

两条曲线所夹的面积

进行一个定量的评估

可以看到对于前面两种混合作用

热解曲线的重合度是0.98以上的

对于最后一种混合作用

重合度是在0.98以下的

那么在固定床实验台上

我们得到了相似的结果

就是半纤维素和纤维素

以及半纤维素和木质素

它们的混合效应

并不是特别明显

而纤维素和木质素的混合效应

是比较明显的

这种混合效应导致了气体减少

焦油量的增加

而木质纤维类基元的混合

对于多环芳烃生成的影响

是比较复杂的

可以看到

半纤维素与纤维素的混合

促进的多环芳烃的生成

而半纤维素与木质素的混合

抑制了多环芳烃的生成

纤维素与木质素的混合

大部分多环芳烃增加了

少数的多环芳烃减少了

对于其机理

我们认为主要有两种机制

一个是物理机制

一个是化学机制

而物理机制在于不同物质

它的热解反应的温度是不一样的

因此在一种物质

开始热解的过程中

另外一种物质的热解

可能已经完成

因此会出现一些

焦炭的包裹效应

导致传热和传质的效应

而其中的化学机制

可能包括热解过程中

焦油和焦油之间的相互作用

以及焦油与气体之间的相互作用

那么这种化学机制

是非常复杂的

还需要进一步的进行研究

我们研究的

第二种混合作用是

PVC和半纤维素

纤维素和木质素

分别进行混合的相互作用

我们可以看到

PVC和木质纤维类基元

也就是半纤维素

纤维素和木质素

它在固定床上的相互作用

得到的产物的分布特性

是有相似的规律的

首先这种混合作用

都导致了氯化氢生成的减少

都导致了焦油生成的增加

同时也都导致了

多环芳烃的生成减少

研究其机理

我们认为可能有两种可能性

因为生物质类基元

比PVC的热解发生较早

因此可能存在生物质

热解过程中的固体

对PVC热解的作用

以及生物质热解得到的气体

对PVC的作用

那么为了进一步研究

到底是固体的作用

还是气体的作用

我们进行了如下的实验

我们采用了木质素热解的焦炭

它也是在同样的反应条件下

获得的

因此在该反应条件下

可以认为是惰性的

也是LPR

我们把PVC和这种焦炭

进行了混合

进行了同样的分析

而且我们得到了相似的结果

也就是PVC和焦炭

进行混合的时候

同样由于混合作用

氯化氢的生成减少了

焦油的生成增加了

而由于混合作用

得到了多环芳烃的生成减少了

那么我们认为

生物质热解的固体

对PVC是有作用的

那这种作用

可以用如图进行表示

PVC的热解过程中

首先生成氯化氢

而得到脱氯的中间体

脱氯的中间体再经过断链

可以生成芳香物

而生物质的热解

通常比PVC要早

它会生成中间体和焦炭

而文献调研也表明

中间体和焦炭是富含自由基的

那么这种自由基

可能对PVC的断链

具有催化作用

导致脱氯过程是不完全的

总结一下这部分

我们得到了以下几点主要的结论

首先木质纤维类基元的混合

纤维素和木质素

混合热解的交互作用明显

气体产量下降

而焦油的产量增加

PVC与木质纤维类基元的混合

PVC与木质纤维类基元的混合

显著的减少了氯化氢的生成

而增加了焦油的生成

抑制了多环芳烃的生成

在PVC断链的过程中

生物质热解中间体或焦炭

可以作为自由基的供体

促进断链

导致脱氯过程的不完全

那么最后是本文的主要结论

为了构建

可燃固体废弃物基元体系

在可燃固废组分

基于热化学反应特性

分类的基础上

选取了九种基元物质

研究了其热化学转化特性

反应条件

对热化学转化特性的影响

及组分间交互影响规律

得到的结论如下

首先我们得到了

基元物质的热化学转化的特性

总结来看

基元物质热化学转化特性

可燃固废中不同物质

热化学转化特性差异较大

同时生物质类

产生的氢气和一氧化碳

要高于塑料

而塑料类生成的多环芳烃

要高于生物质

我们得到了不同因素

对木质素热化学转化特性的影响

总结起来

温度 升温速率

气氛 氯与金属

对可燃固废的热化学转化特性

都有重要的影响

我们得到了混合作用

对热解特性的影响

纤维素和木质素的混合效应

比较明显

而PVC和木质纤维类基元的

混合效应明显

本文的创新点

主要有以下几个方面

首先发现了

木质纤维类基元对PVC热解

氯化氢生成的抑制作用及机制

及木质纤维类基元

对PVC断链过程的催化作用

发现了空气和二氧化碳气氛

对木质素和PVC

热化学转化过程

多环芳烃生成的抑制作用

并初步分析了抑制机理

同时发现了氯化钠

氢氧化纳 氯化铜等无机物

对木质素和PVC热解过程

多环芳烃生成的抑制作用

发现了木质素

慢速热解生成的焦油量

高于快速热解

原因是快速热解的

二次反应效应更强

建立了一种

新的峰分析最小二乘法

计算了热化学反应的动力学参数

计算结果与实验结果符合较好

对后续研究我们有以下几点建议

首先进一步研究

用基元物质的性质

来表征实际的可燃固废的性质

完善基元的体系

这也是本课题

最终要完成的目标

同时可以进一步研究

木质纤维类基元的混合作用机理

进行深入的研究

最后可以研究

基元物质不同比例混合的

相互作用

以得到更加广泛的结果

在读期间

一共发表了16篇的期刊论文

其中以第一作者发表了

14篇SCI论文

总被引用次数是74次

一共发表了4篇的国际会议论文

并做了口头报告

谢谢老师

欢迎老师们提问