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非热平衡等离子协同催化混合废塑料热解制备芳烃的机理研究

批准号:
52076190
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
黄群星
依托单位:
学科分类:
燃烧学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄群星

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
随着我国塑料产量的增加,实现混合低值废塑料高值化清洁处理迫在眉睫。催化热解虽然可以将废塑料转化为液相有机物,但面临着催化热解产物组分杂、品质差,且催化剂易失活的问题。而非热平衡等离子体由于电子能量高、离子温度低,被广泛地用于重质物质的分解。基于以上特点,本项目创新性的提出非热平衡等离子体原位重整混合废塑料热解产物协同酸催化制备芳烃的研究。通过对协同体系的参数调控实现混合废塑料一次热解产物的原位均相重整,优化产物分布。利用非热平衡等离子体协同固体酸催化实现热解产物的定向芳构化调控,并基于等离子体与催化剂的协同作用,原位增强催化剂的抗结焦能力。项目的科学性在于通过非热平衡等离子体协同催化体系的建立,大幅提高高附加值目标产物芳烃的选择性,同时通过混合废塑料催化芳构化的机理和等离子体对催化过程定向调控的研究,也可以为其他低品位有机聚合物的高效资源化利用提供新思路。
英文摘要
With the increase of plastic output in China, it is urgent to realize the high value cleaning treatment of mixed low value waste plastics. Although catalytic pyrolysis can transform waste plastics into liquid-phase organics, it faces the problems of miscellaneous components, poor quality and deactivation of catalyst. However, due to the high electron energy and low ion temperature, non-thermal plasma is widely used in the decomposition of heavy matter. Based on the above characteristics, this project innovatively proposes the research on the synthesis of aromatics by non thermal plasma in-situ reforming the pyrolysis products of mixed waste plastics with acid catalysis. In order to optimize the product distribution, in-situ homogeneous reforming of the products from the primary pyrolysis of mixed waste plastics was realized by adjusting the parameters of the collaborative system. Based on the synergistic effect of plasma and catalyst, the anti coking ability of unmodified catalyst was enhanced in situ. The s cooperative system can improve the selectivity of target products with high added value under the condition of low pyrolysis energy consumption in situ. At the same time, through the study of the mechanism of catalytic aromatization of waste plastics and the directional control of the catalytic process by plasma, it can also provide new ideas for the disposal and resource utilization of other low-grade solid wastes.
低值废塑料高值化清洁处理是我国亟待解决的能源环境问题。本项目创新性的提出非热平衡等离子体原位重整混合废塑料热解产物协同酸催化制备芳烃的研究。通过对协同体系的参数调控实现混合废塑料一次热解产物优化,利用非热平衡等离子体协同固体酸催化实现热解产物的定向芳构化调控,并基于等离子体与催化剂的协同作用以原位增强催化剂的抗结焦能力,主要研究内容和结果如下:.(1)开展了混合废塑料热解过程交互作用机制及产物分布规律研究。发现低温等离子体可以提高催化剂的比表面积和酸性位点数量及强度,与HZSM-5、Ga/HZSM-5的协同作用可以提高芳香烃的选择性。当PE/HZSM-5质量比为2:1,放电功率为15W时,热解油中芳香烃选择性为98.14%,此时热解油产率为51.87wt.%。当PE/(Ga/HZSM-5)质量比为2:1、放电功率为20W时,BTEX的选择性最高(77.04%),相较于未放电时提升了20.73%。.(2)进行了非热平衡等离子体的混合废塑料热解产物选择性原位重整机理研究。低温等离子体中的活性粒子,如电子、N2+和N2的第二正带系等,可以与中间产物发生碰撞,产生不稳定的自由基,这些自由基可以重新组合从而生成二次产物。.(3)开展非热平衡等离子重整产物定向芳构化研究。发现使用硝酸镓(Ⅲ)水合溶液浸渍并在氮气气氛下活化的USY-Ga-N2催化剂对BTEX产率提升最明显,为7.49wt.%。HZSM-5-Ga-N2催化剂最适合用于生产BTEX,实现了最大的BTEX选择性63.19%和最高的BTEX产率31.84 wt.%。低温等离子体通过多方面促进了BTEX的产生。.(4)探究了非热平衡等离子体的结焦抑制机制。将Ga引入 USY沸石催化剂显著提升了催化剂的抗积炭性能,积炭产率降低了16.68 wt.%。在400 °C的热解温度和210 W的放电功率下,催化剂具有良好的抗积炭性能,在各工况下最大的催化剂单位质量失重不超过5.49 wt.%。.项目执行期间,在Journal of Hazardous Materials等权威SCI期刊发表论文12篇(ESI高被引论文1篇);申请发明专利2项,其中已授权1项,全面完成了各项研究内容和考核指标。项目的研究成果为我国废塑料的资源化利用提供了理论指导和技术支持。
低碳智能建筑与基础设施建设关键技术与装备研发-基于新型零碳再生材料的绿色智能建筑关键技术研究与应用示范
  • 批准号:
    2025C02207
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    黄群星
  • 依托单位:
微乳化调质含油污泥定向催化裂解机理研究
  • 批准号:
    51576172
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    黄群星
  • 依托单位:
基于单相机高速双视角图像的气固两相流中颗粒三维运动轨迹的重建方法研究
  • 批准号:
    50606031
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    黄群星
  • 依托单位:
国内基金
海外基金