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Catalytic stepwise pyrolysis for dechlorination and chemical recycling of PVC-containing mixed plastic wastes: Influence of temperature, heating rate, and catalyst
Science of the Total Environment ( IF 8.2 ) Pub Date : 2023-11-10 , DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.168344
Yanjun Hu 1 , Mingzhe Li 2 , Nan Zhou 2 , Hao Yuan 2 , Qianqian Guo 2 , Long Jiao 2 , Zengyi Ma 3
Science of the Total Environment ( IF 8.2 ) Pub Date : 2023-11-10 , DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.168344
Yanjun Hu 1 , Mingzhe Li 2 , Nan Zhou 2 , Hao Yuan 2 , Qianqian Guo 2 , Long Jiao 2 , Zengyi Ma 3
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The viability of pyrolysis technology for chemical recycling of plastics is challenged by the presence of PVC in real-world mixed plastic wastes. This study aims to investigate catalytic stepwise pyrolysis as a pretreatment step to remove chlorine from PVC-containing plastic wastes prior to further processing. TG-FTIR and Py-GCMS analysis as well as experiments on a lab-scale pyrolysis system were conducted to study the influence of key processing parameters on the pretreatment including temperature, heating rate, and catalysts. Py-GCMS results indicated 300 °C to be the best pretreatment temperature in terms of balancing Cl removal and avoidance of organochloride formation. Metal oxides, i.e., CaO and Fe2 O3 , mainly acted as adsorbents of HCl gases with little cracking effect, and their adsorption effects are positively correlated with alkalinity. ZSM-5 catalysts promoted the release of HCl, and the dechlorination effect was more pronounced with ZSM-5 of higher acidity. In contrast, in the lab-scale pyrolysis system, 350 °C pretreatment achieved the highest HCl generation ratio, i.e., 43.60 %. The addition of zeolite catalyst significantly reduced the content of organochloride in the pyrolysis oil in contrast to the performance of metal oxides, but also absorbed most HCl instead of promoting HCl release as in Py-GCMS tests. Mass balance analyses revealed that the majority of chlorine was retained in the solid residues following the catalytic stepwise pyrolysis process, with the notable exception of Fe2 O3 . ZSM-5(25) catalyst combined with 350 °C pretreatment temperature and 550 °C final pyrolysis achieved the lowest chlorine content in the pyrolysis oil, i.e., 20 ppm, among different process conditions.
中文翻译：
用于含 PVC 混合塑料废料脱氯和化学回收的催化逐步热解：温度、加热速率和催化剂的影响
热解技术在塑料化学回收中的可行性受到现实世界混合塑料废物中存在 PVC 的挑战。本研究旨在研究催化逐步热解作为预处理步骤，以在进一步加工之前从含 PVC 的塑料废物中去除氯。TG-FTIR 和 Py-GCMS 分析以及实验室规模热解系统上的实验，以研究关键工艺参数对预处理的影响，包括温度、加热速率和催化剂。Py-GCMS 结果表明，300 °C 是平衡 Cl 去除和避免有机氯化物形成的最佳预处理温度。金属氧化物CaO和Fe2O3主要作为HCl气体的吸附剂，开裂效应小，其吸附效应与碱度呈正相关。ZSM-5 催化剂促进了 HCl 的释放，酸度较高的 ZSM-5 的脱氯效果更为明显。相比之下，在实验室规模的热解系统中，350 °C 预处理实现了最高的 HCl 生成率，即 43.60 %。与金属氧化物的性能相比，添加沸石催化剂显着降低了热解油中有机氯化物的含量，但也吸收了大部分 HCl，而不是像 Py-GCMS 测试那样促进 HCl 的释放。质量平衡分析表明，在催化逐步热解过程之后，大部分氯保留在固体残留物中，但 Fe2O3 除外。ZSM-5（25） 催化剂结合 350 °C 的预处理温度和 550 °C 的最终热解，在不同工艺条件下实现了热解油中最低的氯含量，即 20 ppm。
更新日期：2023-11-10
中文翻译：
用于含 PVC 混合塑料废料脱氯和化学回收的催化逐步热解：温度、加热速率和催化剂的影响
热解技术在塑料化学回收中的可行性受到现实世界混合塑料废物中存在 PVC 的挑战。本研究旨在研究催化逐步热解作为预处理步骤，以在进一步加工之前从含 PVC 的塑料废物中去除氯。TG-FTIR 和 Py-GCMS 分析以及实验室规模热解系统上的实验，以研究关键工艺参数对预处理的影响，包括温度、加热速率和催化剂。Py-GCMS 结果表明，300 °C 是平衡 Cl 去除和避免有机氯化物形成的最佳预处理温度。金属氧化物CaO和Fe2O3主要作为HCl气体的吸附剂，开裂效应小，其吸附效应与碱度呈正相关。ZSM-5 催化剂促进了 HCl 的释放，酸度较高的 ZSM-5 的脱氯效果更为明显。相比之下，在实验室规模的热解系统中，350 °C 预处理实现了最高的 HCl 生成率，即 43.60 %。与金属氧化物的性能相比，添加沸石催化剂显着降低了热解油中有机氯化物的含量，但也吸收了大部分 HCl，而不是像 Py-GCMS 测试那样促进 HCl 的释放。质量平衡分析表明，在催化逐步热解过程之后，大部分氯保留在固体残留物中，但 Fe2O3 除外。ZSM-5（25） 催化剂结合 350 °C 的预处理温度和 550 °C 的最终热解，在不同工艺条件下实现了热解油中最低的氯含量，即 20 ppm。
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