飛行時間質(zhì)譜儀電源的研制及光電離質(zhì)譜在聚丙烯催化裂解中的應(yīng)用.pdf

1、隨著城鎮(zhèn)化速度加快以及人口的增長，城市固體廢棄物(MSW)的處理已經(jīng)成為當(dāng)今眾多國家不得不面對的重大挑戰(zhàn)。根據(jù)世界銀行組織的估算，在2010年，全世界的MSW總量達(dá)到了13億噸，預(yù)計到2025年，這個數(shù)字將達(dá)到22億噸。MSW包括城市生活中產(chǎn)生的各種各樣的垃圾產(chǎn)物，其中，塑料約占到了8-12％的比重，并且難以處理。塑料制品以其低廉的價格和優(yōu)良的性能，自誕生以來越來越得到廣泛的應(yīng)用，隨之而來的是嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。塑料制品性質(zhì)穩(wěn)定，不易降

2、解，對生物、土壤都造成了巨大的損害。但同時，塑料作為石油化工產(chǎn)品，其自身蘊(yùn)含的化學(xué)能相當(dāng)可觀，并且有轉(zhuǎn)化為運(yùn)輸燃料及化學(xué)品的潛質(zhì)。近些年，針對塑料制品的制油、制氣、制化學(xué)品的研究越來越廣泛。催化熱解方法是塑料經(jīng)濟(jì)化處理的一種重要方式，研究催化劑與聚合物的相互作用以及熱解的反應(yīng)過程具有重要的意義。以往對此的研究主要集中在宏觀的熱解產(chǎn)物分析和熱分解過程，而缺少實時在線的采樣分析。另外，催化劑的表征也是十分重要的一部分，除了諸如X射線衍射、傅

3、立葉紅外光譜、程序升溫脫附、核磁共振等傳統(tǒng)表征手段外，催化劑在實際催化熱解反應(yīng)體系中的表現(xiàn)也可以算作一種表征。在前人的研究中，同樣也缺少催化劑在實際體系中表現(xiàn)的實時在線的實驗結(jié)果。在本文中，首先針對飛行時間質(zhì)譜的電源系統(tǒng)進(jìn)行了研發(fā)和制作，測試性能優(yōu)異。以此為基礎(chǔ)，利用真空紫外光電離飛行時間質(zhì)譜技術(shù)，選擇聚丙烯催化熱解體系，表征了不同溫度處理的，以及局部中毒的HUSY沸石分子篩催化劑在實際反應(yīng)體系中的行為特點。具體工作分為以下五章:

4、>　　第一章為緒論部分，概述了當(dāng)今能源環(huán)境現(xiàn)狀，以及MSW的處理方式。對過去針對聚合物的研究進(jìn)行了綜述，提出了本文的立意及研究目標(biāo)。
　　第二章中描述了飛行時間質(zhì)譜電源的設(shè)計和研制過程。在本章中，詳細(xì)介紹了一套使用模塊高壓電源，并集成了時序系統(tǒng)和脈沖電源的質(zhì)譜電源系統(tǒng)。通過選用適當(dāng)?shù)目刂菩酒涂刂扑惴?，實現(xiàn)了穩(wěn)定的高壓輸出和電壓回讀;集成其中的脈沖電源達(dá)到了優(yōu)于國際同類產(chǎn)品的水平，具有脈沖寬度、頻率可調(diào)，正負(fù)脈沖同步輸出，前沿時間

5、小于10 ns，前沿抖動約1.1 ns等特性;時序系統(tǒng)充分利用了所使用的微控制器(MCU)中的特有功能，實現(xiàn)了最小分辨150 ps的4路脈沖延遲發(fā)生器。編寫了與電源系統(tǒng)配套使用的上位機(jī)LabVIEW控制軟件，通過程序的流程控制以及保護(hù)措施，可以方便安全地進(jìn)行質(zhì)譜電源的調(diào)節(jié)，以及燃燒、熱解、氧化等多種實驗工作的進(jìn)行。
　　第三章研究HUSY沸石催化劑的預(yù)處理溫度對催化聚丙烯熱解的影響。包括催化劑的表征和熱解實驗結(jié)果兩部分。催化劑表征

6、主要為針對催化劑的酸性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性、定量的分析。在NH3-TPD實驗中，發(fā)現(xiàn)隨著預(yù)處理焙燒溫度的提高，HUSY的總酸量在不斷減少，只有在350-500℃范圍內(nèi)，酸量相對穩(wěn)定。在XRD實驗中，發(fā)現(xiàn)200℃和800℃預(yù)處理的催化劑晶胞大小與其他三種溫度預(yù)處理的催化劑不同，當(dāng)焙燒溫度升高時，晶胞呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢，但在350-650℃的溫度區(qū)間內(nèi)，晶胞大小比較穩(wěn)定。傅立葉紅外實驗結(jié)果表明，隨著預(yù)處理溫度的升高，B型酸和L型酸的量均在不同程

7、度的降低。不同預(yù)處理溫度的催化劑催化熱解的實驗結(jié)果與催化劑的表征結(jié)果相符合，200和800℃處理的兩種樣品表現(xiàn)出與其他三種較大的不同，無論是在程序升溫實驗，還是在產(chǎn)物的總量分析上。產(chǎn)量方面具體表現(xiàn)為200和800℃處理的兩種樣品低溫反應(yīng)時，烷烴的產(chǎn)物分布偏向于大質(zhì)量產(chǎn)物，并且烯烴類產(chǎn)物的產(chǎn)量總體都較多。起始反應(yīng)溫度方面200℃處理的催化劑的溫度提前效應(yīng)較弱，其他的幾種樣品幾乎一致。發(fā)生以上現(xiàn)象的可能原因是，低的處理溫度無法有效疏通沸石中

8、的孔道，過高的處理溫度會使催化劑發(fā)生脫水，酸量大大減少，因此，200和800℃處理的兩種樣品與其他三種溫度下處理的實驗結(jié)果不同。
　　第四章研究NH3吸附后的HUSY沸石催化劑對聚丙烯催化熱解的影響。研究了不同程度吸附氨氣的HUSY催化劑催化裂解聚丙烯的實驗結(jié)果。著重討論了不同程度氨氣吸附后的催化劑催化熱解的溫度依賴效應(yīng)，產(chǎn)物產(chǎn)量隨碳數(shù)的變化趨勢以及產(chǎn)物生成隨熱解時間變化的趨勢，并分析了產(chǎn)物中，萘的同系物的生成規(guī)律。產(chǎn)物隨碳數(shù)變化