从聚酯废弃物中制备工程化水炭：合成、优化及环境影响

《Canadian Journal of Chemical Engineering》：Engineered hydrochar from polyester waste: Synthesis, optimization, and environmental impact

研究聚酯水热碳化（HTC）制备炭材料的工艺参数对产物性能及环境影响。发现添加FeSO4（120 g/L）并在200°C碳化时，产物具有更优的介孔结构、热稳定性和较低热解失重率，但高能耗导致环境负担增加。经生命周期评估发现，60 g/L聚酯+FeSO4（190°C）平衡了产量与环境，而120 g/L聚酯（200°C）在无催化剂时更可持续。不同参数组合在环境成本与材料性能间形成权衡。

　　

摘要

聚酯材料已被重新利用以开发新的产品。在各种方法中，用于生产碳基材料的热处理技术尤为突出。其中，水热碳化（HTC）因其环境优势而备受关注，因为它能够生成一种称为水碳化物的碳基材料。然而，目前关于HTC过程如何改变水碳化物的结构、化学性质、热性能和表面特性的研究还较为有限。因此，本研究在不同的工艺条件下（包括聚酯用量、FeSO₄添加量、碳化温度和干燥时间）探讨了使用聚酯作为原料生产水碳化物的过程。实验结果表明，HTC确实改变了聚酯的原有性质。在200°C、聚酯用量为120?g?L^?1且添加了FeSO₄的条件下合成的水碳化物具有更好的介孔结构，热稳定性更强，在热分解过程中的质量损失也更小，这归因于FeSO₄的添加。通过Eco-Indicator 99方法进行的生命周期评估（LCA）显示，未添加FeSO₄的工艺对环境的影响较小，主要是因为铁盐的制备过程能耗较高。尽管如此，使用120?g?L^?1聚酯在200°C条件下进行的工艺被认为是最可持续的，尽管产量较低，但对环境的影响最小。而在190°C、聚酯用量为120?g?L^?1且添加了FeSO₄的工艺下，产量得到了优化，同时环境影响也在可接受范围内，因此更适合追求产量的应用。而在200°C、聚酯用量为60?g?L^?1且未添加FeSO₄的工艺中，可持续性与效率之间达到了平衡。这些发现凸显了聚酯废弃物在水碳化物生产中的潜力，并强调了优化工艺参数以平衡环境影响与材料性能的重要性。

同行评审

本文的同行评审信息可访问：https://www.webofscience.com/api/gateway/wos/peer-review/10.1002/cjce.70167。

数据可用性声明

由于本研究中未生成或分析任何数据集，因此不适用数据共享的相关规定。