摘 要

废旧塑料在全球应用广泛，但其废弃物难以回收利用，且对环境和生物体造成一定的危害。本文着眼于不同类型的废旧塑料制品，通过高温碳化的手段制备碳化材料，改变塑料的理化性质，使得塑料转化为具有高效吸附性能的优质吸附剂，发掘其潜在价值，实现废旧塑料回收利用的新途径。选用环境中新兴痕量污染物四溴双酚A（TBBPA）为目标污染物，考察碳化材料对TBBPA的吸附特性。结果表明，在相应碳化温度下，聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）碳化产物不足1%，PP和聚乙烯（PE）混合物（PPE）碳化产物达到8%左右。通过材料比选，选择700℃碳化材料（PPE700）作为吸附剂。考察了PPE700的投加量、pH和时间等因素对TBBPA吸附的影响，利用吸附动力学、等温线和热力学模型对吸附特性进行了分析。为今后高吸附性能材料制备以及废旧塑料的资源化利用提供一定的研究思路。

关键词：废旧塑料 碳化 TBBPA 吸附

Study on Preparation of Carbon Materials from Waste Plastics and Their Sorption Properties

Abstract

Plastics are widely used in the world, but the waste plastics cause serious damage to the environment and organisms. This paper focuses on different types of waste plastic products, through the high-temperature carbonization method to prepare carbonized materials, change the physical and chemical properties of plastics, make plastics into high-quality adsorbents with high sorption performance, explore its potential value, and realize the recycling way of waste plastics. The emerging trace contaminant tetrabromobisphenol A (TBBPA) was selected as the target pollutant in the environment. The sorption characteristics of TBBPA on the carbonized material were investigated. The results show that at the corresponding carbonization temperature, the polypropylene (PP) and polystyrene (PS) carbonization products are less than 1%, and the polypropylene and polyethylene (PE) mixture (PPE) carbonization products reach about 8%. A 700 ° C carbonized material (PPE 700) was selected as an adsorbent. The effects of PPE700 dosage, pH and time factors on the sorption of TBBPA were investigated. The sorption kinetics, isotherm and thermodynamic model were used to analyze the sorption characteristics. It provides some research ideas for the preparation of high sorption performance materials and the resource utilization of waste plastics.

Key words: waste plastics; carbonation; TBBPA; sorption

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1废旧塑料的来源及危害 1

1.2常见处理方法 2

1.2.1简单再生 2

1.2.2焚烧法 2

1.2.3卫生填埋 2

1.2.4塑料改性 2

1.3废旧塑料碳化 3

1.3.1模板碳化 3

1.3.2组合催化碳化 4

1.3.3快速碳化 4

1.3.4水热碳化 5

1.4新兴污染物 5

1.5选题意义及研究内容 6

1.5.1选题意义 6

1.5.2研究内容 6

第二章 实验材料及方法 7

2.1实验试剂及仪器设备 7

2.1.1试剂及药品 7

2.1.2仪器及装置 7

2.2碳材料制备 7

2.2.1塑料原料选取与准备 7

2.2.2塑料碳化处理 8

2.3表征方法 9

2.3.1扫描电镜（SEM) 9

2.3.2比表面积（BET）和孔径分布 9

2.3.3X射线光电子能谱分析（XPS） 9

2.4污染物基本性质及测定方法 9

2.4.1基本性质 9

2.4.2TBBPA测定方法 10

2.5实验方案 11

2.5.1储备液的配备 11

2.5.2绘制标准曲线 11

2.5.3吸附剂投加量对吸附的影响 11

2.5.4吸附动力学 11

2.5.5吸附等温线 12

2.5.6吸附热力学 12

2.5.7pH对吸附的影响 12

2.6数据分析 12

2.6.1吸附容量 12

2.6.2吸附动力学 13

2.6.3吸附等温线 14

2.6.4吸附热力学 14

第三章 碳材料吸附TBBPA特性研究 15

3.1碳材料表征 15

3.1.1形貌分析 15

3.2.2形态元素特征 16

3.3 PPE吸附TBBPA性能 16

3.3.1投加量实验 16

3.3.2pH值对吸附效果的影响 17

3.3.3吸附动力学 18

3.3.4吸附等温线 21

3.3.5吸附热力学 23

第四章 结论与展望 25

4.1结论 25

4.2展望 25

参考文献 26

致 谢 28

第一章 绪论

1.1废旧塑料的来源及危害

废旧塑料是城市固体废弃物中的一部分，其主要成分为聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯腈（PAN）、酚醛树脂和聚苯乙烯（PS）等，这些聚合物占所有垃圾场中废旧材料总量的8%，体积分数可达18%，其中40%是废旧塑料[1]。

废旧塑料一方面在河流、土壤等介质中富集且降解速度极慢，污染生态环境，对人体和动植物也有一定危害。另一方面，废旧塑料的弃置会破坏生态系统，影响道路、居民区、人文景观的环境美感。早在1955年，人们就发现PVC中残留的氯乙烯单体可以引起使前指骨发生溶化的“肢端骨溶解症”，从事PVC合成的工人经常会出现手指麻木、刺痛等的雷诺氏综合征[2]。废弃的农用塑料膜、路边的废旧塑料袋以及海洋中漂浮的塑料制品，被动物误食之后，无法消化和吸收，导致动物甚至是大型的海洋动物的死亡，且废旧塑料会缠住海运船只，造成海运的巨大损失，甚至酿成不可挽回的灾难[3]。

未处理的废旧塑料，其水解和光解速率都非常缓慢，属于难降解有机污染物，在大气、土壤和水体中均有残留，残留塑料被生物体误食后，会在人体和动物体内产生类雌性激素的作用，干扰内分泌，可以造成人体生殖功能异常、男性精子数量减少等[4]。倾倒于海洋中的大量塑料，需很长时间才能降解，存在于海水的表层和深海沉积物中。研究发现许多生物，包括底栖无脊椎动物、浮游动物、双壳类、海鸟、鱼类、海洋哺乳动物等均摄食了塑料或者微塑料，这些塑料会对生物产生物理损伤，堵塞消化道，或者引起伪饱腹感，进而造成生物摄食效率降低、能量匮乏、受伤或者死亡[3]。

废旧塑料是难降解高分子化合物，塑料制品若被弃置于土壤中，由于其难降解性，会改变土壤本身的理化状态，土壤透气性下降，营养物质难以被植物吸收，根系生长缓慢，使农业减产。而且，填埋塑料垃圾后的场地，由于地基松软，垃圾中的有害物质如细菌、病毒等很容易渗入地下，污染地下水和周边生态[5]。焚烧对大气环境污染很大，并没有从根本上解决塑料污染。