《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Biomass-assisted regulation of melting-decomposition behavior during waste-derived PET pyrolysis: A low-cost strategy for improving thermochemical conversion stability
编辑推荐：
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在热解过程中，生物质废物能够抑制熔融PET的聚集。
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提出了一种无需催化剂的PET转化调
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在热解过程中，生物质废物能够抑制熔融PET的聚集。
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提出了一种无需催化剂的PET转化调控策略。
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PET/W混合物表现出更好的热化学转化性能。
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等转化动力学研究表明转化效率有所提高。
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FTIR和SEM分析了生物质辅助下的结构演变。
引言
塑料产品的消费量持续增加，同时产生了大量的生物质废物。塑料污染以及生物质废物的低价值利用已成为能源和环境领域的重要问题。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）广泛用于包装和纺织品，具有很高的化学稳定性，在自然环境中难以降解。因此，不当处理PET废物可能会造成长期的环境负担[1]、[2]、[3]。松木锯末（W）是一种典型的木质纤维素生物质，资源丰富且易于获取。然而，传统的处理方法资源利用率较低。此外，单独热解松木锯末通常会产生含氧量高的液态产物，稳定性差，并伴有较多的炭残留[4]、[5]。将PET与松木锯末共热解可以为塑料废物和生物质残留物的同时处理提供途径，同时改善难以处理的PET的热转化性能。这还可以利用两种原料互补的热解特性。因此，探索PET与松木锯末的协同转化对于减少废物、提高资源利用率和能源回收具有重要意义。
热解可以在无氧或限氧条件下将有机固体废物转化为气体、液体油和固体炭。这是废物塑料和生物质资源化的重要途径[5]、[6]、[7]、[8]。然而，单独热解塑料时可能会遇到熔化黏附、蜡积累、传热和传质受限以及焦炭形成等问题。相比之下，单独热解生物质通常会产生含氧量高、酸性强且稳定性低的液态产物，这些性质限制了它们作为燃料的直接使用[5]、[9]。近年来，塑料与生物质的共热解吸引了越来越多的关注。富含氢的塑料（如PE和PP）可以在热解过程中为生物质衍生物提供氢源或自由基片段。这些相互作用通过氢转移、自由基反应、二次裂解和脱氧来改善热解过程，从而减少焦炭形成，促进挥发性物质的释放，并提高产品品质[6]、[9]、[10]、[11]、[12]。特别是对于PET，分解前的熔化阶段会改变颗粒接触以及传热和传质条件，进而影响其后续的热分解行为。
目前，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）已广泛应用于生物质共热解系统中[13]。这是因为它们的热解行为相对较为明了，且其供氢效果更为显著[6]、[10]、[14]。与主要包含C–C和C–H键的聚烯烃塑料不同，PET的分子结构中同时含有苯环和酯键[15]。因此，PET是一种典型的芳香族聚酯，其热解过程不仅涉及聚合物链的断裂，还生成对苯二甲酸、苯甲酸、乙烯、乙醛等多种含氧芳香族中间体[16]、[17]、[18]、[19]、[20]。因此，选择PET作为研究对象对于废物资源化具有实际意义，也有助于深入理解生物质与非聚烯烃塑料在共热解过程中的协同机制。
除了机械回收外，废物来源的PET还可以通过水解、糖酵解、醇解和氨解/胺解等化学方法进行解聚，以回收单体或生产附加值产物[21]。尽管这些方法通常具有较高的产物选择性，但往往需要反应介质、催化剂以及后续的产品分离。PET解聚的路径和能耗受反应介质和温度的强烈影响[22]。最近，人们探索了将PET解聚与加氢结合的串联工艺，以生产附加值芳香族化合物（如对二甲苯）[23]。相比之下，热解过程无需大量使用液态反应介质，更适合处理异质性原料，尽管产物分布相对复杂。与生物质的共热解进一步实现了两种废物的同时转化，可能改变PET的熔化-分解行为、传热和传质过程以及残留物的演变。因此，了解PET-生物质混合物的组成依赖性热相互作用和动力学特性对于优化其热化学转化至关重要。
先前的研究表明，在共热解过程中，PET衍生的酸性化合物、含氧芳香族中间体和自由基物种可能与纤维素、半纤维素和木质素衍生的产物发生相互作用。文献中报道的可能路径包括酸催化裂解、自由基耦合、酯交换和芳香化[11]、[17]、[24]、[25]、[26]。这些路径为研究PET-W混合物在组成变化下的质量损失行为、炭形成和表观活化能（Ea）的变化提供了机制基础。因此，本研究评估了该系统中的热非加性、动力学行为和阶段性的固体残留物演变。
章节摘要
材料
本研究使用的PET是一种从城市固体废物中回收的废弃PET制成的材料，而非原始PET树脂。该材料由广州瑞祥化工有限公司提供，为白色100目粉末。松木锯末（W）由凌州县晶鸿矿物制品有限公司提供，为淡黄色100目粉末。采用约150 μm的均匀粒径以便于混合。
PET和W的热解
表3总结了PET和W的主要热解特性。在所研究的加热速率范围内，W和PET的最终残渣产率分别为37.09-43.56 wt.%和10.44-14.99 wt.%。对于PET，最终残渣产率超过了通过近似分析确定的固定碳加灰分含量，这与惰性热解过程中碳质物质的形成和保留一致。二次缩合和芳香化可能促进了这种残渣的形成。
结论
本研究表明，所研究的松木锯末能够调节PET在共热解过程中的熔化-分解行为。在10 °C/min的加热速率下，PETW55表现出最强的热非加性，30–800 °C范围内的平均绝对TG偏差为4.59%，800 °C时的终点偏差为8.10%，表明其固体质量保留程度高于预期。残渣分析显示了功能基团和碳质物质的组成依赖性变化。
作者贡献声明
Seung-Soo Kim：撰写 – 评审与编辑，数据整理。 Zhanjun Cheng：撰写 – 评审与编辑，软件操作。 Chunping Yang：撰写 – 评审与编辑，数据分析。 Jianfei Xie：撰写 – 评审与编辑，方法学研究。 Keqin Song：撰写 – 初稿撰写，数据整理。 Xinxing Zhou：撰写 – 评审与编辑，资金申请。
作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号52378456）、国家自然科学基金国际（区域）合作与交流项目（项目编号W2421062）以及山西省三晋青年顶尖人才计划（项目编号SJYC2024308）的支持。
Keqin Song | Xinxing Zhou | Chunping Yang | Jianfei Xie | Seung-Soo Kim | Zhanjun Cheng
