第25卷第11期環(huán)境科學(xué)學(xué)報Vol 25. No 112005年11月Acta Scientiae CircumstantiaeNov,,2005鄧娜,張于峰,牛寶聯(lián),等醫(yī)療廢物典型組分的熱重分析及新的動力學(xué)模型[J]環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2005,25(11):1484-1490DENG Na, ZHANG Yufeng, et al. Thermogravimetric study and kinetic model on pyrolysis of medical waste compositions[ J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 200525(11):1484-1490醫(yī)療廢物典型組分的熱重分析及新的動力學(xué)模型鄧娜,張于峰,牛寶聯(lián),孫越霞,陳靜天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院建筑設(shè)備系,天津300072收稿日期:200504-15修回日期:2005-09-06錄用日期:20050908摘要:為研究醫(yī)療廢物的熱解失重規(guī)律和反應(yīng)動力學(xué)機(jī)制,對其熱失重過程進(jìn)行了模擬,利用差熱熱重分析儀,在氮氣氣氮下對醫(yī)療廢物的14種典型組分進(jìn)行了熱解實驗,建立了“整體兩步四反應(yīng)模型”結(jié)果顯示,樣品失水后,在160℃~20℃之間開始熱解,次序依次為藥物類、塑料類、蛋白質(zhì)類、生物質(zhì)類、合成纖維類和橡膠類;經(jīng)過一步或兩步失重,在800℃時熱解基本完成所建立的“整體兩步四反應(yīng)模型”能很好地描述樣品的熱解行為,最大相對誤差為168%,并可以對醫(yī)療廢物的熱解產(chǎn)物進(jìn)行預(yù)測關(guān)鍵詞:醫(yī)療廢物;熱解;熱重分析;動力學(xué)模型文章編號:0253-2468(2005)11-148407中圖分類號:X705文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AThermogravimetric study and kinetic model on pyrolysis of medical wastecompositionsDENG Na, ZHANG Yufeng", NIU Baolian, SUN Yuexia, CHEN JingSchool of Environmental Engineering, Tianjin Uninversity, Tianjin, 300072, ChinaReceived 15 April 2005: received in revised form 6 September 2005: accepted 8 September 2005Abstract: To obtain thermal decomposition and kinetic reaction mechanism of medical waste, thermogravimetric study of the 14 kinds of the typical medical wastcompositions was carried out using the thermogravimetric analyser(TGA)with N2. The mathematics model with two steps and four reactions was established tosimulate the pyrolysis process. The results showed that: a) within the temperature range between 160C to 290C, medicine, plastic, protein, biomass, syntheticfibre and rubber started to enter pyrolysis process in succession; b)there was at least one or two decompositing stages for the these materials; c) pyrolysis processeof all waste samples ended basically at about 800C: d)the model could deseribe satisfactorily the weight loss and differential process of all waste samples within itsmaximum deviation 1. 68%. The effect of the original waste compositions and all their product with different pyrolysis temperature in process could be estimatedbased on the modelKeywords: medical waste: pyrolysis; thermogravimetric analysis; model醫(yī)療廢物攜帶各種病菌,如果處理不當(dāng),易造成險廢物處置設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》(環(huán)辦[2003]41號)中已疾病的傳播,危害人類健康因此,有效的醫(yī)療廢物明確將熱解爐工藝納入醫(yī)療廢物處置工藝中.采用處理處置技術(shù)倍受各國政府關(guān)注,已成為重要研究熱解技術(shù)處理醫(yī)療廢物,首先需要詳細(xì)了解廢物的課題( Lee et al.1996; Mato et al.,1997; Lee et al熱解特性、熱解機(jī)制、行為和規(guī)律,并建立適合的模2004).目前,熱解被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的熱過程型以確定熱解過程的動力學(xué)參數(shù)處理技術(shù),它不僅可以用做獨立的固體廢物處理方熱重分析是研究固體熱分解反應(yīng)機(jī)制的一項非式,將原料轉(zhuǎn)換為更利于應(yīng)用的高能質(zhì)物質(zhì),如可燃常有用的技術(shù),已被廣泛應(yīng)用于研究生物質(zhì)( Reina氣、燃料油、固態(tài)焦炭等,而且是燃燒和氣化處理的etal.,1998;劉乃安等,2001; Raveendran et al先決步驟( Zhang et al.,2003).國家環(huán)?？偩肿罱鼏?996;陳冠益等,2003)、城市生活垃圾(Ssum動的《全國醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》和《全國危eal.,2001; Garcia et al.,1995;李斌等,1999)及各基金項目:國家自然科學(xué)基金(No,50378062);天津市科委重大攻關(guān)項目(No.0131中國煤化工No.m001作者簡介:鄧娜(1978—),女,博士研究生,E-mail:denglouns@hotmail.com;“通ILCNMHG咖Foundation item: National Natural Science Founeof CHINA( No. 50378062), Key013109611), Tianjin University and Nankai University Shared Research Item( No. TD200111)BiographyDengNa(1978--),female,PhDcandidate,E-mail:denglouna@hotmailcom:Correspondingauthor,E-mail:yufengfa@tju.edu.cn鄧娜等:醫(yī)療廢物典型組分的熱重分析及新的動力學(xué)模型1485種高聚物( Conesa et al.,1996; Marcilla et al.,1995)的熱解失重動力學(xué)和反應(yīng)機(jī)制然而,國外鮮有將1試驗( Experiments)應(yīng)用于研究醫(yī)療廢物熱解特性的報道,國內(nèi)僅有冉1.1實驗樣品景煜(2003)和李劍(2004)分別對5種和8種醫(yī)療廢14種醫(yī)療廢物組分材料來源為天津市醫(yī)科大物組分作了干燥特性和熱解特性的研究,但存在醫(yī)學(xué)總醫(yī)院.根據(jù)原料的成分,大致分為6類:塑料類療廢物種類不全和缺乏對熱解行為的成因闡述等(輸液管、尿樣盒、一次性醫(yī)用手套)、橡膠類(手術(shù)手問題.套、導(dǎo)尿管)、生物質(zhì)類(棉簽棍、衛(wèi)生紙、紗布、脫脂在動力學(xué)模型方面,前人對生物質(zhì)、城市生活垃棉)、蛋白質(zhì)類(羊腸縫合線)、纖維類(敷料內(nèi)芯)混圾、高聚物的熱解模型做了大量的研究.通過總結(jié),合類(醫(yī)用膠布敷料)和藥品類(精致銀翹解毒片)分為以下幾類:(1)將物料看作單一組分:a)一步整表1給出了各樣品的主要成分和部分樣品的元素分體模型( Reina et al.,1998; Li et al.,2004);b)多步析(混合類廢物為非均質(zhì)性物質(zhì),藥品類廢物實質(zhì)是分階段模型(李斌等,1999;李劍,2004);c)整體綜合生物質(zhì)混合物,均未做元素分析).除生物質(zhì)類、藥品模型(陳冠益等,2003; Conesa et al.,1996).(2)將物類和蛋白質(zhì)類為天然高分子物質(zhì)外,其余類別均為料看作混合組分:d)線性疊加模型( Sorum et al.,合成高分子聚合物因此,作者認(rèn)為可以將醫(yī)療廢物2001; Garcia et al.,1995; Font et al.,1995).其中,a的熱解視為多種高聚物的熱解模型是簡單的基礎(chǔ)模型,被廣泛使用,針對發(fā)生一步1.2實驗設(shè)備和實驗方法熱失重的物料,只計算對應(yīng)的一種表觀反應(yīng);b模型實驗設(shè)備為 SHIMADZU的DTG60H差熱熱重針對發(fā)生多步熱失重的物料,獨立計算每步失重所分析儀試樣在流量為20 mL. min的高純N2氣氛對應(yīng)的反應(yīng),但實際上每步的反應(yīng)無法完全獨立,總下進(jìn)行實驗;坩堝為高溫Al2O3坩堝,參比物為會出現(xiàn)交又;c模型認(rèn)為熱解存在若干平行或鏈?zhǔn)紸M2O3粉末;對所有試樣,采用的升溫速率β為反應(yīng),并對其進(jìn)行關(guān)聯(lián)計算,在生物質(zhì)和高聚物中應(yīng)20℃·min-1,每個實驗做2次以上,保證可再現(xiàn)性用較廣,難點是確定物質(zhì)的熱解機(jī)制;d模型適用于試樣的質(zhì)量、尺度、性狀對實驗結(jié)果均會有一定影多組分物質(zhì)熱解認(rèn)為每種組分單獨發(fā)生反應(yīng)再對響,由于原料比重差別很大,所以加入坩堝的質(zhì)量分每組分進(jìn)行質(zhì)量加權(quán)疊加這些模型在描述單物質(zhì)別為2~9mg不等,具體數(shù)據(jù)見表2;所有試樣破碎方面均有很好的結(jié)果然而醫(yī)療廢物包括多種不同到粒度為0.5mm左右,以保證反應(yīng)過程中試樣的溫組分,每種組分的熱解行為均非常復(fù)雜會同時發(fā)生度均勻;這個數(shù)量級的尺寸使得傳熱和傳質(zhì)等物理若干平行反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng),呈現(xiàn)一步或多步熱解;并效應(yīng)可以忽略不計,從而造就一個近似為純粹化學(xué)且由于其醫(yī)療用品的特殊性,絕大部分組分除含有動力學(xué)控制的實驗環(huán)境( Antal et al.,1980)各種常規(guī)的增塑劑、穩(wěn)定劑外,要經(jīng)過特殊工藝改性處理,有些如醫(yī)療膠布和敷料中還含有藥物成分,更2實驗結(jié)果( Results)令其物理組成和化學(xué)組成難以確定,因此,找到一種圖1所示為14種醫(yī)療廢物樣品在升溫速率為適用于所有樣品并且物理意義明確的整體熱解模式20℃·min時的TG和DTC曲線,這14條曲線基本成為一個難題除簡單的一步整體模型外,目前尚未重合在一起.為了便于觀察和比較其變化規(guī)律,將圖發(fā)現(xiàn)一種動力學(xué)模型同時適合若干種物質(zhì)的報道;中的曲線進(jìn)行了平移分離如圖所示,由于原料物化能用最少的參數(shù)模擬熱失重過程固然是建模的追求性質(zhì)不同,熱解始溫和終溫不盡相同.在150℃之目標(biāo),但模型過于簡單則不能正確描述復(fù)雜的熱解前,生物質(zhì)、蛋白質(zhì)纖維類和藥物類等廢物由于失水反應(yīng)而引起輕微失重;在160~290℃之間,熱解產(chǎn)物揮發(fā)為較全面、系統(tǒng)地研究醫(yī)療廢物的熱解失重規(guī)份開始析出,所有試樣先后開始顯著失重,標(biāo)志熱解律及動力學(xué)反應(yīng)機(jī)制,使研究結(jié)果更具有普遍性和過程開始;當(dāng)升高到60℃時,大部分試樣均已經(jīng)緩代表性,本文選取基本涵蓋醫(yī)療廢物有機(jī)成分的14慢失重種典型組分進(jìn)行熱天平實驗;并在此基礎(chǔ)上提出動780℃中國煤化工導(dǎo)尿管在69℃800℃時,熱解基力學(xué)模型以期為醫(yī)療廢物的熱解處理工藝提供實本完成CNMHG驗和理論依據(jù)486環(huán)境科學(xué)學(xué)報表1醫(yī)療廢物樣品的主要成分和元素分析Table 1 Major constituent and ultimate analysis of typical medical waste compositions元素分析類別序號樣品主要成分輸液管氯乙烯(PVC)50.87%7.06%7.56%NA0.46%34.05%塑料類尿樣盒聚氯乙烯(PvC)281%5.95%3.12%NA0.73%47.39%次性手套低密度聚乙烯(LDPE)86.19%13.41%0.40%NA醫(yī)用手術(shù)手套天然橡膠(NR)86.06%10.27%2,04%0.42%1.04%0.17%橡膠類導(dǎo)尿管天然橡膠(NR)和輕質(zhì)碳酸鈣43.86%579%48.45%0.35%1.23%0.32%棉簽棍纖維素、半纖維素、木質(zhì)素46.26%6.43%47.09%NA0.22%衛(wèi)生紙生物質(zhì)類同上41.63%5.71%52.35%NA0.31%同上42.51%6.35%51.01%NA0.13%脫脂棉同上42.90%6.69%50.19%NA0.22%蛋白質(zhì)類10膠原蛋白43.16%7.60%34.85%13.590.80%合成纖維類11敷料內(nèi)芯棗乙烯醇(PVA)54.50%5.18%40.16%NA0.16%醫(yī)療膠布混合類天然橡膠、織物、中藥、陶土光面紙、合成纖維、棉紗、止血藥物金銀花、連翹、荊芥穗、淡豆豉、牛藥物類銀翹解毒片蒡子、桔梗、甘草、淡竹葉、薄荷腦等0·:0含量由差減法得到,雜質(zhì)含量也包括在其中;NA:未檢測到此項元素;-:未檢測此項元素;121313溫度/℃圖1典型醫(yī)療廢物組分的TG(a)-DIG(b)曲線(1.輸液管,2.尿樣盒,3.一次性醫(yī)用手套,4.手術(shù)手套,5.導(dǎo)尿管6.棉簽棍,7.衛(wèi)生紙,8紗布,9.脫脂棉,10.縫合線,11敷料內(nèi)芯,12.醫(yī)用膠布,13.敷料,14.精致銀翹解毒片;m為t時刻樣品質(zhì)量,m。為樣品初始質(zhì)量)I TG(a)-DTG(b) curves of typical medical waste compositions( I-tube for transfusion, 2-sample collector for urine, 3-one-offmedical glove, 4-operating glove, 5-catheter, 6-a cotton swabs, 7-toilet paper, 8-gauze, 9-absorbent cotton, 10-absorbablecatgut suture, Il-filling of dressing, 12-adhesive plaster, 13-dressing, 14-medicine: Annotation: m-sample weight at time tmo-initial sample weight大多數(shù)試樣在失水后呈現(xiàn)一步劇烈的失重階后,烯烴系列的殘余聚合物發(fā)生交聯(lián)解聚反應(yīng)生成段,如圖la所示,稱之為一步熱解;而輸液管、尿樣含碳?xì)埩粑铩鈶B(tài)的烴混合物等,引起第二步失重盒、導(dǎo)尿管、敷料內(nèi)芯、敷料呈現(xiàn)階梯狀的失重,在( Marcilla et al.,1995; Varma et al.,1999).同為塑料DTG曲線(圖b)上尤為明顯,出現(xiàn)2個微分失重制品的一次性手套主要成分為PE,PE熱解屬典型峰,稱之為兩步熱解,這與組分的物化構(gòu)成有關(guān),其的無中國煤化工物質(zhì)量基本不變,當(dāng)物化成分的熱解行為決定了組分的表觀失重行為.鏈斷定程度時,產(chǎn)生CNMH塑料類中輸液管和尿樣盒主要由PVC組成,熱解失大量目失重( Conesa et al.,重的第一步由HCl的側(cè)基脫除引起,溫度繼續(xù)上升1996).橡膠類中手術(shù)手套的原料為天然膠乳,熱解鄧娜等:醫(yī)疔廢物典型組分的熱重分析及新的動力學(xué)模型1487時發(fā)生鍵斷裂、交聯(lián)、官能團(tuán)重新組合等若干反應(yīng),收,即由之引起的分子結(jié)構(gòu)的改變也促進(jìn)了熱降解表現(xiàn)為一步熱解.導(dǎo)尿管雖然主要成分也為天然橡過程膠,但其配合劑輕質(zhì)碳酸鈣的含量高達(dá)40%以上各物質(zhì)的熱分析特征值均列在表2中,其中M(謝忠麟等,199),在700℃左右碳酸鈣受熱分解為為樣品析水量,△T為每步失重對應(yīng)的溫度區(qū),T氧化鈣和二氧化碳造成了導(dǎo)尿管的第二步失重至為熱解開始的外推溫度,T為熱解結(jié)束的外推溫于混合類廢物中敷料由紙、合成纖維、棉紗組成,所度,T為DT峰溫,aa為每步失重對應(yīng)的樣品失以熱解行為由幾種物理組分共同控制,呈現(xiàn)2步重百分比,從表2可知,垃圾樣品開始熱解的順序依熱解次為藥品類、塑料類、蛋白質(zhì)類、生物質(zhì)類、合成纖維如圖1所示,棉簽棍與其它3種生物質(zhì)廢物的類,最后為混合類和橡膠類;而塑料類和纖維類熱解DTG峰有所不同,在峰頂左側(cè)有一肩峰存在,此現(xiàn)象結(jié)束得較晚.到80℃時,除銀翹解毒片分解80%、對應(yīng)半纖維素的熱解;而衛(wèi)生紙、紗布和脫脂棉的半導(dǎo)尿管分解85%和蛋白質(zhì)分解90%外,其它試樣均纖維索含量很低呈現(xiàn)一個規(guī)則的DTG峰對應(yīng)主失重95%以上,證明熱解方式的減量化明顯要成分纖維素的熱解藥品類中的銀翹解毒片樣品da/dtm為最大失重速率這時對應(yīng)的溫度為主要成分雖然也是植物成分,但與生物質(zhì)類廢物相由表2中看出,所有試樣的r在300-470℃之間,比,卻提前40~100℃進(jìn)入熱解,這與藥品制作過程溫度比較集中.因此,在工程中,可以考慮適當(dāng)增加中所做的改性處理有關(guān);制作藥品的目的之一是提在此溫度區(qū)的物料滯留時間,使熱解更為充分純精練,加速其生物酶降解過程,使之易于人體吸表2典型醫(yī)療廢物組分的熱分析數(shù)據(jù)Table 2 Thermal analysis data of typical medical waste compositions類別樣品試樣質(zhì)量TTa△rT/℃da196-39372,40%320.320.43%輸液管9.0±0,114.99%461.92491.27470.410.11塑料類58.21%295.340.55%尿樣盒5.0±0.1403-56824.52%454.58493.00472.310.19%次性手套2.0±0.195.14%476.810.52%手術(shù)手套50±0.1267-49592.35%373.42422.94395.880.54%橡膠類257-50146.51%365.72430.46395.80導(dǎo)尿管9.0±0.11090-m014.03%717,21768.13755.45棉簽棍2.0±0,169.76%327.120.34%4.37%78.94%生物質(zhì)類271~4ll372.51紗布2.0±0265~42481.01%397.51381.750.59%脫脂棉2,0±0.12.59%284~42382.89%353.21397.2382.570.63%蛋白質(zhì)類縫合線5.0±0.117.89%227~48248.89%309.30382,69351,280.19%合成纖維類敷料內(nèi)芯5.0±0.13.57%48.13%431.49475,03455.50034%醫(yī)用膠布1,11%混合類258-39052.13%332.230.32%敷料5.0±0.1390~47432.39%0.22%藥物類翹解毒片2.0±05.02%326.15300.900.19%注:·表明此段有肩峰存在,肩峰指mvG主峰(最大失重速率處)附近相對較弱的DTG峰來描述熱解過程,選取復(fù)雜反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中有代表性的3熱解動力學(xué)模型( Pyrolysis kinetic modeling)一個反應(yīng)步驟進(jìn)行計算鑒于本文中所有樣品在失3.1模型建立水后的熱解均不超過2步,并人為地認(rèn)為發(fā)生一步化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)指出,盡管降解過程發(fā)生了多熱解的V山中國煤化工解:由此,選擇c模種不同的平行反應(yīng)與鏈?zhǔn)椒磻?yīng),仍可以對其提出整型?！?CNMHG步四反應(yīng)模型”來體的動力學(xué)反應(yīng)模式;由此本文不考慮嚴(yán)格和詳盡模擬所有樣品的整個熱失重過程如反應(yīng)機(jī)制(a)所的熱降解化學(xué)描述,而是通過一個簡化的反應(yīng)途徑示,認(rèn)為固體樣品S在熱解過程中,首先在2個平行1488環(huán)境科學(xué)學(xué)報25卷反應(yīng)(反應(yīng)速率常數(shù)分別為k1和k2)作用下,生成學(xué)參數(shù)作為參考初值,摒棄單升溫速率可能帶來的級熱解產(chǎn)物:揮發(fā)份V1和固體產(chǎn)物S1,對應(yīng)所有誤差;②參考前人( Conesa et al.,199:Marl醫(yī)療廢物的第1步熱解;S1同時進(jìn)行二級熱解,發(fā)ceta,1995; Kim et al.,1998; Williams et al…,1995;生兩個平行反應(yīng)(反應(yīng)速率常數(shù)分別為k3和k,), Dollimore et a,199; Rao et a,198)文獻(xiàn)中相關(guān)生成二級熱解產(chǎn)物揮發(fā)份V2和固體產(chǎn)物S,S2為物質(zhì)的熱解動力學(xué)參數(shù)的數(shù)量級,從而保證求得的最終的固體產(chǎn)物,不再發(fā)生熱解大致對應(yīng)醫(yī)療廢物參數(shù)具有動力學(xué)意義的第2步熱解3.2模型驗證將“整體兩步四反應(yīng)模型”應(yīng)用于樣品在升溫速率20℃·min時的熱重實驗數(shù)據(jù),求得的動力學(xué)參(a)數(shù)列在表3中(篇幅所限,未全列出)式(4)中采用的實驗點數(shù)D、OF值,實驗數(shù)據(jù)的平均值元和平模型(a)基于以下假定:1)忽略次要反應(yīng);2)認(rèn)均相對誤差vc(計算方法見式5)也列在表中為揮發(fā)份產(chǎn)生后隨吹掃氣逃逸,不與固體產(chǎn)物進(jìn)行VC-VOFI(D-P100%(5)二次反應(yīng);3)本實驗條件下,忽略樣品內(nèi)部及樣品與坩堝間的傳熱傳質(zhì).描述模型的數(shù)學(xué)方程如下:式中,P為需優(yōu)化的參數(shù)個數(shù),本文為12表3由“整體兩步四反應(yīng)模型”計算得到的動力學(xué)參數(shù)dS/dt =-k1S1-k2s(1)TableKinetic parameters obtained by two-step, four-reactionds, /dt =h, st-k3sp-k4sp4(2)ds,/dt h3>(3)E初始條件為:樣品序1(KJmd-)/min10[S,S1,S2]=[1,0,0]94.147.69×101.03式中,k=Ac∞p(-E/RT),k,為每個反應(yīng)的速率常輸液管32.4518x10°1,l5500463131.3數(shù),A為前因子,E為活化能,n為反應(yīng)級數(shù);在升溫225.281.07×101.46110432.13×101.46速率β下,溫度與時間滿足以下關(guān)系:T=+T尿樣盒2211.527.93×1002.41熱解過程中殘留在坩堝中的固體殘留物質(zhì)量份額為2,15×10381.38010,則其計算值為wa=S+S1+S2.根據(jù)模型建立4248.042.42×1091.41179934,81×10152的原則,最優(yōu)的動力學(xué)參數(shù)x=[A1,A2,A3,A4,E1導(dǎo)尿管158419.09×10°1%,460.6398.51.25%E2,E3,E4,n1,n2,n3,n4]應(yīng)滿足在所給模型機(jī)制293.60×1001.22下,計算質(zhì)量份額值與實驗質(zhì)量分額值的差方和382.32287×103213.421184.37x1040.96最小紗布7.85×1040.59350.6921.020.96%3185026.99×1041.01(um(t,x)-∞(4))2,(4)式中,OF為目標(biāo)函數(shù),a為殘余物質(zhì)量份額的計算1143.631.40×1030.52羊腸線2105.754.85×1001值;a為殘余物質(zhì)量份額的實驗值;x為動力學(xué)參420.6040.550.71%3137.052.03×1032.60數(shù);m為計算的點數(shù);為第j個點,為第j個點對148.631.03×1031.67應(yīng)的時刻敷料2137.073.79x1021.60計算時積分方法釆用2、3階的龍格庫塔方法內(nèi)芯32.408.45×10°0.641550.6623.80.78%優(yōu)化方法采用帶信賴域的 Levenberg-Marquardt法,此4215.601.17×100.方法對初值的要求很低,收斂速度快.在選取初值從表3結(jié)果看,所選模型不但能描述兩步的熱時,由于原料和模型形式的不同,無法直接利用文獻(xiàn)解過中國煤化工程,模型的適用性較中的動力學(xué)參數(shù)值,于是本文采取以下途徑獲取初強CNMHG步熱解)和紗布試值:①加做每種試樣升溫速率為5,10,30,樣(一步熱解)為例給出計算值與實驗值的比較結(jié)50℃·min的實驗,采用 Ozawa方法求得一套動力果,其它試樣的比較結(jié)果類似.從圖2、圖3中可以11期鄧娜等:醫(yī)療廢物典型組分的熱重分析及新的動力學(xué)模型1489看出,計算曲線與實驗曲線符合非常好,并且能較好地再現(xiàn)DTG峰的不對稱性.圖2、圖3中w0、w1分別實驗值為計算區(qū)間內(nèi)樣品的初始質(zhì)量與最終剩余質(zhì)量,u為t時刻反應(yīng)溫度為的坩堝內(nèi)固體物質(zhì)量(0為攝氏溫度)該“整體兩步四反應(yīng)模型”還可計算原始物質(zhì)和各階段產(chǎn)物的質(zhì)量隨溫度的變化,用以預(yù)測物料的熱解行為實驗值b DTG7-o5b.TG200250300350·實驗值圖3紗布樣品TG(a)-DrG(b)的計算值和實驗值Fig3 Experimental and calculated TG(a)-DTG()curves in the3)基于醫(yī)療廢物的熱分析結(jié)果,建立了一個通用的整體兩步四反應(yīng)模型,該模型得到的計算值與實驗值吻合良好,能描述所有醫(yī)療廢物樣品整體的圖2輸液管樣品TG(a)-DTG(b)的計算值和實驗值熱解過程,具有較強的適用性.建立的模型可描述原Fig 2 Experimental and caleulated TG (a)-DTG(b)始物質(zhì)和各階段產(chǎn)物的產(chǎn)量隨溫度的變化,對物料decomposition of tube for transfusion的熱解行為進(jìn)行預(yù)測通訊作者簡介:張于峰(1954—),男,教授,博士生導(dǎo)師,研究4結(jié)論( Conclusions)方向:廢棄物處理,可再生能源利用等,E-mal: yufeng@tuedu. cn1)醫(yī)療廢物失水后在160~290℃之間開始顯著失重,經(jīng)過一步或兩步熱解,當(dāng)溫度升高到600℃參考文獻(xiàn)( References)時,大部分試樣幾乎完成熱解;只有導(dǎo)尿管在680-AmMJ, Friedman H L, Rogers Fe.198, Kinetics of cellulose pyrolysis780℃之間還有一劇烈失重階段考慮到導(dǎo)尿管組in nitrogen and steam[J]. Combustion Science and Technology, 21分,熱解爐設(shè)計溫度應(yīng)不低于800℃2)隨著溫度的升高,垃圾樣品開始熱解的順序 Chen G Y, Fang M X, Andries J,aa,200. Study on biomass wastes依次為藥品類塑料類蛋白質(zhì)類生物質(zhì)類、合成纖 pyrolysis for fuel gas production. Acta Energiae Solaris Sinica,24維類,最后為混合類和橡膠類;而塑料類和纖維類熱中國煤化工cm解結(jié)束較晚,熱解區(qū)間較大.最大熱解速率出現(xiàn)在N MHGJournal of Analytical an300~470℃之間,到800℃時絕大部分試樣失重95%Applied Pyrolysis, 36(1): 1-15以上,減量化明顯Dollimore D, Tong P, Alexander K S. 1996. The kinetic interpretation of the1490環(huán)境科學(xué)學(xué)報25卷composition of calcium carbonate by use of relationships other than theSolid Medical Waste[ D]. Chongging Chongqing University 40-45(innius equation[J]. Thermochimica Acta,282-283: 13-27Font R, Marcilla A, Conesa J A, et al. 1995. Kinetic models for thermal Rao T R, Sharma A. 1998sis rates of biomass malerials[ J]. Energygradation of heterogeneous materials[J]. Journal of Analytical and23(11):973-978aveendran K. Ganesh AK C, 1996. 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