利用热解技术将废弃口罩转化为高附加值产品：多温区降解特性解析

推荐 为解决COVID-19疫情期间激增的医疗废弃物污染问题，研究人员以FFP2和普通口罩为对象，开展多温区（350-550℃）热解实验。结果表明，不同温度下产物组成差异显著，450-550℃时油品热值达43.5-45.93 MJ/kg，接近汽油水平。该研究为医疗废弃物资源化提供了理论依据，相关成果发表于《Scientific Data》。

　　

论文解读

研究背景与问题提出

COVID-19疫情期间，全球医疗废弃物产生量激增，其中一次性防护口罩（如FFP2和普通口罩）占比显著^1-3。这类废弃物因携带病毒污染物需专业处理，但传统焚烧或填埋方式存在二次污染风险⁶。热解（Pyrolysis）作为一种无氧条件下的高温裂解技术，可将有机废弃物转化为固体、液体和气体产物，具有环境友好性¹⁰。然而，针对口罩废弃物的热解特性研究仍存在温度参数优化不足、产物应用路径模糊等问题。为此，斯洛伐克和捷克的研究团队系统探究了不同温度下口罩热解产物的转化规律，旨在建立高效资源化利用方案。

研究方法

本研究采用批式热解装置，在氮气保护下将200g样品加热至350-550℃，升温速率5℃/min。通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术分析产物组成，并利用元素分析仪（CHNS）和热重分析（TGA）测定原料及产物的理化特性。实验设置双热电偶控温以确保温度均匀性¹⁰。

研究结果

原料与产物表征

FFP2和普通口罩的主要成分经FTIR确认为聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE），含少量硅橡胶和弹性纤维^1,2。热解后固体残渣（Char）的灰分含量随温度升高而增加，550℃时达12.3%；液体产物（Oil）的GC-MS分析显示其富含烷烃、芳烃及酯类化合物，450℃时芳香烃占比达47%^12,13。

温度对产物分布的影响

• 350-400℃：气体产率较低（<15%），油品含较多低沸点组分（如正己烷）。
• 450-500℃：油品热值显著提升至43.5 MJ/kg（接近汽油均值44 MJ/kg），同时产生丙烯等化工原料¹²。
• 550℃：气体产物中氢气浓度增至18%，固体残渣碳含量达89%¹⁰。

关键发现

研究发现温度超过500℃时，热解反应由脱氢反应主导，导致气体产物中一氧化碳比例上升¹³。此外，FTIR检测到油品中存在酯基（-COO-）官能团，表明部分PP链段发生酯交换反应¹⁰。

结论与意义

本研究证实热解技术可将废弃口罩转化为高附加值产品，其中450-500℃为油品生产的最佳温度区间。所得油品热值媲美汽油，可直接用于发电或化工原料；固体残渣因高碳含量适用于电极材料制备¹⁰。该研究不仅为医疗废弃物处理提供了新思路，还为低碳经济下的循环经济模式构建提供了数据支撑，相关成果发表于《Scientific Data》（DOI: 10.6084/m9.figshare.28350203）。

技术方法概述

研究采用热解技术结合多组学分析，包括：

1. 热解装置：批式反应器控温精度±5℃，氮气保护防止氧化。
2. 产物分析：GC-MS解析油品成分，FTIR表征官能团变化，TGA测定热稳定性。
3. 原料检测：CHNS分析碳氢比，EDXRF检测无机元素分布。

讨论

本研究的创新点在于系统量化了温度对产物分布的影响规律。例如，550℃下气体产物中氢气占比达18%，较传统焚烧（<5%）显著提升¹⁰。然而，高温能耗问题需通过耦合太阳能热解技术进一步优化。此外，油品中残留的硅氧烷需开发定向裂解工艺以提高纯度¹³。该研究为医疗废弃物资源化提供了可量化的理论框架，具有显著的环保与经济效益。

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注：

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