微波诱导金属放电现象对CH4-CO2气体重整作用的研究

摘要

随着信息时代的到来，科学技术得到了飞速的发展。得益于此，电子产品更新换代的速率也节节攀升，使用寿命越来越短，随之而来的就是其淘汰率的同步增加。如今，电子废弃物已经成为增长速度最快的城市垃圾。垃圾是放错地方的资源，在资源意识不断强化的今天，人们开始把目光着眼于电子废弃物中所蕴含的巨大资源价值的回收利用。但是电子废弃物中的重金属和有毒的有机物质同样不容忽视，落后的回收处理方式很容易造成有害物质的不当排放从而引起环境破坏。因此亟需一种绿色高效的技术在电子废弃物中的回收处理过程中趋利避害。利用微波诱导热解电子废弃物可以充分兼顾电子废弃物的复杂的成分特性和微波选择性、整体性加热的特点，被广泛认为是一种有潜力的能够规模化处置电子废弃物的资源化技术。
　　在进行微波诱导热解电子废弃物研究过程中，课题组发现，其中的金属成分在微波辐照下会产生强烈的放电现象。这会导致热解速率的提升，热解气体产物的产率和成分也因此发生改变。与热解过程中不存在放电现象的气体产物相比，并且其中CH4和CO2的含量减少而CO和H2的含量明显增加，气体的品质有一定程度的提高，回收利用的价值更高。本论文着眼于此，对微波场下的金属放电现象进行塑造，研究了影响金属放电因素的作用规律，考察了金属放电对于CH4和CO2气体的重整提质作用。为微波诱导热解电子废弃物技术的优化应用提供一定的基础。
　　本论文通过精心设计实验，研究了不同因素对于金属放电激发难易程度以及强度的作用规律，并在此基础上考察了金属放电对于CH4和CO2气体的重整提质作用。论文采用将金属开始放电至放电结束的整个过程作为研究对象以避免金属放电不稳定性造成的干扰，考察了微波输出功率、放电金属特性（种类、形状、尺寸、数量）以及放电气氛特性的改变对于金属放电的影响。发现微波输出功率越高，越容易引发放电，金属放电的强度越大;长宽比越大的不规则不锈钢金属条越容易引发放电，微波功率一定，金属放电的强度与金属条是数量正相关;容易电离的气氛更容易引发放电，比如同功率下Ar气氛下放电强度要比N2气氛下高，微波功率越低差距越明显。对气体重整作用的考察发现，金属放电的强度越大，附加到气体上的能量越高，气体重整作用效果越好。
　　最后，进行气体重整实验的模拟研究，对实验结果进行验证。借助Aspenplus化工流程软件，根据前人关于金属放电热效应的研究中得出的结论，对同等热环境下气体反应的结果进行模拟研究，与实验所得结果进行对比，发现随着CH4和CO2混合气体中CH4比例的变化，实验值与模拟值在变化规律上是一致的，在一定程度上证实了实验结果的正确性。
　　通过本论文的研究，对微波场下金属放电的规律有了一定的了解，对金属放电对于CH4和CO2气体的催化重整提质作用有了更深的认识。富含CH4和CO2的气体比较常见，因此研究具有一定的普适性，同时也为微波诱导热解电子废弃物进一步的优化应用提供了方向。