废弃印刷电路板在熔盐反应器中的气化特性及熔盐对溴和重金属的捕集机理研究

电子废弃物的迅速增长给环境保护带来了严峻挑战，电子废弃物资源化利用是资源循环利用科学的新兴领域。把熔盐反应器气化技术用于电子废弃物处置，有利于控制溴和重金属等引起的二次污染。本项目拟以电子废弃物的典型组分印刷线路板（PCB）为研究对象，通过监测PCB粉末在熔盐反应器中进行气化反应的产物随气化温度、气化剂成分和熔盐深度等操作参数的变化关系，获得PCB 中含溴有机阻燃材料在熔盐反应器中的气化机理，以及熔盐对溴和重金属的捕集机制，并探索反应器内气液固三相耦合的反应流体力学问题的理论模型和数值模拟方法，为电子废弃物熔盐气化技术的进一步研究和应用提供理论基础。

随着电子信息产业的迅速发展，电子产品更新换代日益加快，消费量持续增长，导致电子废弃物的产量快速增长，成为亟需解决的环保问题。废弃印刷线路板（PCB）作为电子废弃物的重要组成部分，其减量化、无害化和资源化利用对电子工业可持续发展有积极意义。本项目针对PCB熔盐气化特性及熔盐对溴和重金属的捕集机理开展了试验研究。采用TG和TG-FTIR技术研究了PCB在空气、氮气和二氧化碳气氛下的热失重反应动力学和产物析出特性，发现PCB在300℃附近均发生环氧树脂的裂解而生成苯酚、双酚A等气体产物和焦炭，焦炭与空气的氧化反应在650℃附近完成，焦炭与二氧化碳的气化反应起始温度约700℃，分析总结了碳酸盐和硫酸盐促进PCB热分解的作用机理。在熔盐气化实验装置上以Na2CO3、 K2CO3及其混合物为熔盐介质进行了PCB气化实验，结果表明以空气或二氧化碳为气化剂，气化产物主要是CO、H2以及少量的CH4和C2H4，气化效率可达90%-95%，碳转化率可达95%以上，空气气化时产气热值约12500-15000kJ/Nm3，二氧化碳气化时产气热值可达16000 kJ/Nm3。气体产率和碳转化率随熔盐温度和气化剂流量的升高而增大，产气热值随气化剂流量的升高而减小，PCB粉末粒径和熔盐深度变化对气化产物的影响不明显。PCB粉末中的溴与熔盐反应生成NaBr而被充分捕集；PCB粉末中多数重金属在熔盐中的捕集效率达90%以上， As和Se等少数挥发性强的重金属大部分迁移到气相中。熔盐对溴和重金属捕集效率取决于体系分配热力学参数，随各物质饱和蒸汽压、气化反应温度和气化剂流量的升高而降低。最后提出了PCB熔盐气化过程的反应流体力学模拟方法。