废旧轮胎热解的热重分析

王林郁 (长治职业技术学院采矿测量工程系，山西 长治 046011)

废旧轮胎热解的热重分析

王林郁 (长治职业技术学院采矿测量工程系，山西 长治 046011)

利用微商热重法(DTG)对废旧轮胎在氮气气氛中的热解失重进行了初步的研究。研究结果显示，废旧轮胎在氮气气氛中的热解有一个明显的失重区，当温度达到500℃时已有60%以上的组分发生了热解，而此后热解速率降低。此外升温速率可改变废旧轮胎的热解历程,而氮气流速对废旧轮胎的热解影响不大。

废旧轮胎；热解；热重；升温速率；氮气流速

热分析方法有很多种，但最常用的方法有热重法(TG)和差热分析法(DTA)，而微商热重法(DTG)是能同时记录TG曲线对温度或时间的一阶导数的一种方法。运用微商热重法(DTG)在对物质热分析时，会同时得到TG和DTG 2条曲线：TG曲线可以反映出在不同温度下样品的失重情况；DTG曲线上峰的个数则可以反映样品热解失重是分几个阶段来进行的。为此，笔者采用微商热重法对废旧轮胎在氮气气氛中的热解失重进行了初步的研究。

1 试验部分

1.1仪器和样品

1)仪器 试验采用的是德国NETZSCH公司生产的型号为STA 409C的热天平和由SHIMADZU PHILPPINES MANVFACTURING INC(SPM)厂家生产的型号为AW120的电子天平；测量范围：0～120g；测量精度：0.1mg。

2)样品 试验所用的样品为废旧轮胎Waste Tyre (WT)，选用青岛绿叶橡胶有限公司生产的废旧轮胎胶粉。

1.2试验方法

向加热炉的坩埚内加入50mg左右的废旧轮胎样品，同时向加热炉通入高纯的氮气驱出加其中的空气。氮气流速、升温速率、升温终温和保温时间均由程序设定。试验的整个进程由仪器自动记录重量变化的信号；反应完成后，仪器冷却后取出试样，观察试样的变化情况。用ORIFIN软件直接处理所有数据、图表及计算，可以减少处理数据所带来的误差。

1.3测定条件

气氛：N2；N2流量：20、30、90ml/min；升温速率：10、30℃/min；终温：1000℃；终温保留时间：20min。

2 结果与讨论

2.1废旧轮胎在各种条件下的热解

各种条件下废旧轮胎的TG/DTG曲线如图1所示。由图1可以看出，不论是何种条件，得出的TG/DTG曲线基本相似，所以以图1(d)为代表来分析废旧轮胎在氮气中热解的过程。

从图1(d)可以看出，废旧轮胎热解有一个明显的失重区域，在这个失重的区域内，剧烈失重出现在300℃左右开始，失重速率达到最大时的温度为396.3℃左右。废旧轮胎的高温热解失重大致可以分为3个阶段：①低温时包括有少量水分、焦油、挥发性物质和有关增塑剂的逸出；②随着温度的升高，天然橡胶裂解[1-4]；③高温阶段是合成橡胶的裂解[5]。

图1 各种条件下废旧轮胎的TG/DTG曲线

2.2升温速率对热解过程的影响

不同升温速率时的DTG曲线如图2所示，从图2可以看出不同升温速率会影响样品的失重速率：随β(升温速率)的增加，最大失重速率也随之增大，失重反应段的温度区间也明显变宽，热解反应达到最大失重速率的温度提前。升温速率对废旧轮胎热解的影响比较大，可能是因为废旧轮胎是不均匀的固体物质组成的，不同温度段析出不同的成分，所以废旧轮胎的热解不可能出现的是单个峰，而是由各成分的峰叠加起来的。而且随着升温速率的改变各组分的特性特征也是不同的，所以可以根据需要的目的产物来控制升温速率从而来控制反应的过程。

2.3氮气流速对热解过程的影响

不同N2流速时的TG曲线如图3所示，从图3中可以清晰地看出：在低温区，氮气的流速对样品失重影响不大。但在废旧轮胎可分解组分分解接近完全时，当氮气流速低于30ml/min时，废旧轮胎样品在420～900℃还有一个逐渐失重的过程；而当氮气流速超过30ml/min时，废旧轮胎样品可分解组分接近于完全分解。因此，氮气流速对废旧轮胎热解会产生影响，主要原因是当氮气流速较低时，氮气不能及时带走热量，使颗粒内外温差变大，有可能影响内部热解的进行。

图2 不同升温速率时的DTG曲线

图3 同N2流速时的TG曲线

4 结 论

通过TG/DTG分析，废旧轮胎的热解有一个很明显失重区，即废旧轮胎的快速热分解发生在200℃左右，分解速率最大发生在396.3℃左右，当温度达到500℃时就有60%以上的组分发生分解，温度再升高分解速率会降低，但其后失重百分率相差很小；升温速率对废旧轮胎的热解影响比较大，同时也比较复杂，即随着升温速率的提高而最大失重速率明显增大，同时失重反应段的温度区间也会变宽，而且热解达到最大失重速率的温度也会提前，但升温速率变化对快速失重的失重百分率影响不大；氮气流量对热解的影响不大。

[1]Leungdyc，Wang C L.Kinet ic Study of Scrap T yre Pyrolysis and C om bust ion[J].Journal of Analyt ical and Appli ed Pyroly sis， 1998，45(2)：153-159.

[2]Kawakami S， Lnou E K， Tenaka H， et al. Thermal Convers ion of Solid Wasters and Biomass[A]. American Chemical Society Symposium Series 130[C].Washington， 1980：423-557.

[3]崔洪，杨建丽，刘振宇.废旧轮胎热解行为的TG/DTA研究[J].化工学报，1999，50( 6)：826-833.

[4]Larsen M B， Schultz L， Glarbor P， et al.Devolatilization Characteristics of Large Particles of Tyre Rubber under Combustion Conditions[J].Fuel，2006，85(10 /11)：335-1345.

[5]苏亚欣，张先中，赵兵涛.废轮胎粉的热解特性及其动力学模型[J].东华大学学报(自然科学版)，2008(6)：740-743.

[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.005

TQ330.56

A

1673-1409(2012)01-N012-03