废铬渣催化共热解实现废轮胎/塑料油品提质与铬解毒的双效协同机制

《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》：Co-Pyrolysis for Dual Benefits: Enhanced Oil Quality from Waste Tires/Plastics and Detoxification of Chromium Slag

本文创新性地提出利用危险废物铬渣(WCs)作为催化剂，通过热解技术同步实现废轮胎(WTs)/废塑料(WPs)的高值化转化与铬渣解毒。研究表明WCs可显著降低热解活化能，促进轻质组分(C5-C12)选择性富集（比例从27.6%提升至51.9%），同时热解挥发分可高效还原剧毒Cr(VI)（还原率达94.0%），为"以废治毒"提供新技术范式。

　　

重点内容

材料制备

本实验采用废轮胎(WTs)、废塑料(WPs)和铬渣(WCs)作为研究对象。WTs取自青岛二手车市场，WPs为混合塑料（聚丙烯PP 26%、低密度聚乙烯LDPE 47%、聚苯乙烯PS 7%、聚氯乙烯PVC 3%、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET 17%），WCs来自重庆铬盐厂废渣。所有样品经粉碎筛分后，按不同质量比(5:1, 3:1, 1:1)进行混合制备实验样品。

热重曲线分析

图2的热重-微分热重(TG-DTG)曲线清晰展示了样品在直接热解与催化热解过程中的变化规律。废轮胎热解呈现典型的两阶段失重：第一阶段对应天然橡胶分解生成异戊二烯和D-柠檬烯，第二阶段为丁苯橡胶和顺丁橡胶的裂解。值得注意的是，铬渣的添加使热解起始温度提前了38°C，最大失重峰温向低温区移动了17°C，这种"点火助推"效应显著降低了能耗。对于废塑料，铬渣更是将主要分解区间收窄了62°C，说明其具有聚焦式催化能力。

挥发性产物演化

通过热重-红外联用(TG-FTIR)实时监测发现，铬渣如同智能分子筛，能精准抑制含氯官能团(H-Cl和C-Cl)的生成。在300-500°C区间，氯化氢释放量降低了32.8%，这种"氯捕获"效应极大提升了油品环保性。更有趣的是，铬渣促进了C-H键的重新排列，使烯烃类产物增加了19.3%，为化工原料提供了优质前体。

热解产物分布重构

热解-气相色谱/质谱(Py-GC/MS)分析揭示了铬渣对产物分布的精准调控能力。在废塑料热解中，铬渣使轻质组分(C₅-C₁₂)比例从27.6%跃升至51.9%，实现了分子级别的"瘦身革命"。同时，硫元素和氯元素发生定向迁移，部分被固相残留物吸附，使得液相产物中硫含量从39.4%降至24.6%，氯含量从2.7%降至1.0%。

Cr(VI)还原效率评估

本研究最引人注目的发现是热解过程对六价铬的高效解毒。废轮胎、废塑料及其混合物均展现出优异的Cr(VI)还原能力，在最佳条件下还原率高达94.0%。机理研究表明，热解产生的还原性气体(CO、H₂)和硫化物通过电子转移机制，促使剧毒Cr(VI)转化为低毒性的Cr(III)，完成"毒物蜕变"。

结论

铬渣在聚合物固体废物热解过程中展现出降低能耗、提升能源转换效率和调控液相产品质量的多重优势。其引入能降低热解起始温度，加速反应动力学，同时有效抑制H-Cl和C-Cl官能团释放，减少有害化合物生成。更重要的是，铬渣通过催化裂化作用促进轻组分选择性富集，并协同热解挥发分实现Cr(VI)高效还原，为危险废物与固体废弃物的协同处理提供了创新解决方案。