《Biomass and Bioenergy》：Microwave-assisted pyrolysis of polypropylene using biochar as microwave absorber
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生物炭可以用作优秀的微波吸收剂，用于循环经济中混合塑料废物的微波辅助热解。
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生物炭可以用作优秀的微波吸收剂，用于循环经济中混合塑料废物的微波辅助热解。
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聚丙烯和生物炭的物理混合物是非均质的，需要特殊的方法来测量其介电性能。
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并非所有生物炭都适合作为微波吸收剂，必须优化原料和处理条件才能获得良好的介电性能。
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体积分数和介电性能是选择生物炭作为微波吸收剂的最重要标准。
引言
近年来，全球残余物管理不善导致塑料废物增加。据估计，不到10%的塑料得到了有效回收，这使得数百万吨废物在陆地和海洋生态系统中积累[1]。化学回收已成为一种良好的策略，可以与机械回收相结合，将塑料废物转化为油、气体和固体，从而重新投入工业[2]。
对于化学回收来说，热解是一个很好的选择，不仅可以回收塑料废物，还可以回收生物质。热解是一种在没有氧气的情况下，有机物质通过加热分解的热化学过程。在热解过程中，有机物质在400°C到800°C之间的高温下分解，产生多种产品，包括气体、液体和固体。所产生的气体由轻质烃、一氧化碳、二氧化碳和其他气体化合物组成。生成的液体被称为生物油或热解油，其中含有多种有机化合物，可以用作燃料或生产化学产品的原料；其成分取决于原料类型和热解过程的操作条件（温度、压力、加热速率、时间、催化剂等）[3]、[4]、[5]。最终形成的固体物质被称为热解碳或生物炭[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。与原始生物质前体相比，生物炭具有作为微波吸收剂的潜力，因为原始生物质通常具有较低的介电性能[11]。
微波辅助热解（MAP）是一种有前景的技术，可以克服由于塑料导热率低而导致的传统加热方法的局限[12]。在这个过程中，微波直接与具有高介电常数的材料相互作用，使电磁能量转化为热能，从而均匀地促进聚合物的降解，提高能源效率。由于聚丙烯等材料的介电性能较低，因此需要使用微波吸收剂。实际上，聚丙烯是一种非极性热塑性塑料，其损耗正切值很低[13]。在这种情况下，已经使用了一些化合物作为微波吸收剂，例如碳纳米管、炭黑[14]、活性炭[15]、氧化镁和氧化镍[16]。最重要的是，据报道，生物炭在MAP中的使用也是塑料废物化学回收的优秀替代方案[16]，因为它不仅降低了能源消耗，还在聚合物降解过程中起到催化剂的作用，为农工业废物链增加了价值，并有助于减少碳足迹，同时支持循环经济战略和目标[17]。然而，如何选择适合作为MAP吸收剂的生物炭仍是一个未解决的挑战[18]。
尽管生物炭已被测试作为微波吸收剂，但目前尚没有系统地理解生产参数（如生物质来源、热解温度和颗粒大小）如何共同决定其介电行为及其在微波辅助聚丙烯热解过程中的性能。与以往仅关注生物炭特性或微波热解性能的研究不同，这项工作提供了一个综合视角，探讨了多个因素如何影响生物炭的选择、生物炭的生产、结构表征、使用专用微波传感器进行的介电测量、介电混合物建模以及微波辅助聚丙烯热解的实验验证。
在这项工作中，使用螺旋反应器从咖啡壳、棕榈仁壳和可可壳生物质中制备了三种不同类型的生物炭，并在两种热解温度（500°C和800°C）下进行了处理。热解后，将这些生物炭样品通过8、12、20、30目的筛子进行筛选，以评估其介电性能。通过对样品进行初步分析、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、场发射扫描显微镜和热重分析，并将其介电性能与微波区域的数据相关联，以评估不同类型的生物炭在微波辅助聚丙烯热解中的有效性。结果证实了生物质来源和热解温度对生物炭获得良好介电性能的影响。对于聚丙烯-生物炭混合物，还提供了评估，包括对混合物微波加热机制的分析，这归因于Maxwell-Wagner Sillar极化效应[18]。最后，进行了聚丙烯/生物炭比例1:1的MAP测试，以证明这种材料作为微波吸收剂的用途。因此，这项研究的目标可以归纳为三个方面：首先开发能够在GHz频率下获取介电性能的传感器；其次使用多种物理化学技术来分析生物炭的性质；最后利用获得的生物炭进行微波辅助聚丙烯热解以生产丙烯。这种利用高价值农业废物的方法——专注于高价值产品的产出，并了解大规模应用的关键变量——代表了一种新的化学回收选择，可以直接针对特定的目标气体，绕过了大多数现有技术所依赖的石油精炼厂。我们希望这项工作能够促进对生物质增值及其在烯烃生产中应用的了解。
部分摘要
材料与方法
聚丙烯的熔体流速为5克/10分钟（2.16千克；230°C），在PALLMANN PKM600工业盘式粉碎机中研磨，使平均颗粒尺寸降至0.5249毫米（筛网35大于80%）。咖啡壳、可可壳和棕榈仁的农业废弃物生物质由Tayea集团提供。这些材料使用被动太阳能干燥系统进行干燥，该系统选择合适的干燥地点以在研磨前去除生物质中的水分。生物质的水分含量为
结果与讨论
从表5的初步分析可以看出，咖啡壳生物质具有最高的挥发物含量和最低的灰分含量。然而，这个数值低于Tibola等人报告的数值[35]。相反，可可壳表现出最高的固定碳含量和最高的灰分含量。
与Conception等人[36]获得的数值接近，而棕榈仁分析的结果也相当
结论性评论
生物炭可以用作聚烯烃热解中的微波吸收剂，表现出优异的性能，这需要仔细选择生物质来源并优化热解温度。为此，生物炭的介电性能是判断其是否适合作为微波吸收剂的重要信息之一。本研究的结果表明，生物质类型和热解温度对此有显著影响
CRediT作者贡献声明
Enrique Mogollón：撰写——原始草稿，方法论，研究。 Nayda Patricia Arias-Duque：撰写——审稿与编辑，研究。 Felipe Forero：撰写——审稿与编辑，研究。 Valentina Reyes：撰写——审稿与编辑，研究。 Juan C. Maya：撰写——审稿与编辑，研究。 Farid Chejne：撰写——审稿与编辑，研究。 O. Giraldo：撰写——审稿与编辑，研究。
致谢
作者感谢哥伦比亚国立大学Medellín分校TAYEA研究小组在研究过程中提供的支持。N.P Arias感谢Santiago de Cali大学为这项研究提供的时间。作者还感谢Los Andes大学Felipe Forero教授的FAPA项目所提供的时间和资源。
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