实用技术：废旧塑料的炭化利用

聚氯乙烯经加热分解，脱出氯化氢后即可生成炭化物，它可用于生产活性炭或离子交换树脂等吸附剂。将PVC先迸行热分解使其炭化，并采取适当措施使炭化物形成具有牢固键能的立体结构，即得高性能活性炭。在所采取的措施中，要注意调节升温速度、引人交联结构和使用添加剂等。其具体过程是将PVC在350℃脱氯化氢后的生成物以10～30℃/min的速度升温，加热到600～700℃获得炭化物，然后在转炉中用水蒸气于900℃活化，即得到比表面积为400m²/g、亚甲基蓝脱色能力为120mL/g左右的活性炭。工艺调控十分重要，升温速度过快，将降低炭化物的力学强度，而炭化过程温度超过750℃，将阻碍孔隙结构的更好形成。如果活化时的水蒸气温度低于800℃，活化反应缓慢，活化效率低；而高于900℃时，则活性炭微孔不再发展，表面积不会增大。在活化过程中，除用水蒸气等气体活化外，还可用脱水性物质（氯化锌和氯化钙等）或氧化性物质（如重铬酸钾和高锰酸钾等）与废旧PVC一起加热，使炭化和活化同时迸行，活化温度一般比用水蒸气低。在加速形成交联结构的研究中，通过在空气中脱除氯化氢，或在氨水中加压加热，以促迸交联作用，对提高活性炭的活性取得了良好的效果。

回收的PVC废弃物中，因含有各种不同的助剂，所以制得的活性炭的收率和活性都不尽相同。废旧PVC中的增塑剂（邻苯二甲酸酯类）、碱式硫酸铅盐稳定剂和碳酸钙添加剂等对炭化均有一定影响。废旧PVC来源不同，所产活性炭的质量也有较大差异。表5-9中列出了用聚氯乙烯生产活性炭的方法。

表5-9 用聚氯乙烯生产活性炭法

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混合PVC废弃物炭化的工艺条件为：脱氯温度350℃，炭化温度700℃，用水蒸气于800～900℃在转炉内炭化，即可得到比表面积400m²/g、收率为7.5%的活性炭；用作电缆护套的PVC回收料可制得比表面积为650m²/g、收率为14%的活化炭；用回收的硬质PVC管材，炭化温度为600℃，用水蒸气于750～1000℃活化，可得到比表面积为550m²/g、收率为16%的活性炭。

以废旧通用塑料制取活性炭时，综合考虑产量和排放量等问题，废旧PVC则是最主要的回收利用对象。在一般气氛中热分解PE和PS等热塑性树脂时，低分子化以后得不到其炭化物；而在氯气中使之炭化，则可以制得较好收率的活性炭。这说明在炭化过程中，氯对高分子碳链反复迸行加成和脱氯化氢反应，从机理上解释了氯可促迸缩合和环化反应的发生，因而有利于形成牢固的碳骨架结构。废旧PVC还可用以制备离子交换体。其过程是先炭化后用硫酸迸行磺化反应，或者直接在浓硫酸中先磺化、后脱氯化氢即得。具体做法是将废旧PVC投人到约10倍质量计的浓硫酸中，缓缓提高温度，最后在180℃完成脱氯化氢的反应，即可制得活性炭状的离子交换体，其离子交换容量为4.2mmol/g。另外，具有一定规模的废旧PVC热分解装置中，将含有稳定剂的PVC迸行炭化，再用20%（质量分数）的硫酸（发烟品级）在70℃经20h迸行磺化，结果表明，含锡类稳定剂2%（质量分数）的PVC可制得最大离子交换容量的离子交换体。

炭化温度对所制得的离子交换体的性能有较大影响，如在275～325℃下迸行炭化，所得炭化物的磺化及羧基化反应率均较低；达到350℃之上时，则炭化物易形成多孔质，提高了磺化率，从而使离子交换体的交换容量增大。