摘要:用TGA-DTA差熱失重聯用分析儀研究升溫速率對輸液瓶、一次性醫用手套、敷料內心和白鼠肌肉4種典型醫療垃圾熱解過程的影響規律.結果表明:在其他試驗條件都相同的情況下,隨著升溫速率的提高,熱解反應起始溫度、終止溫度、峰溫升高,反應區間$T變寬,發生最大熱失重速率的溫度也升高,熱失重峰的峰高也隨之增加;升溫速率對熱失重率的影響隨醫療垃圾種類而不同,對較難分解的醫療垃圾(如敷料內心和白鼠肌肉等)影響大,對容易分解的醫療垃圾(如輸液瓶和一次性醫用手套等)影響較小.

　　關鍵詞:升溫速率;醫療垃圾;熱解機理;影響

　　用熱解法處理醫療垃圾具有無害化、減量化和資源化等優點,因此日益受到重視,并有大量研究.MA等[1]對醫療垃圾中PVC成分的熱解特征、二英的產生、熱解產物中可燃成分和HCl的回收等進行了研究,并發現在固體殘留物中氯元素的含量很少;ZHU等[2]研究了脫脂棉、呼吸器和竹棉簽棒3種典型醫療垃圾的熱失重特性,分析了熱解產物的組成比例;HUANG等[3]用熱等離子體技術對塑料、廢輪胎和醫療垃圾等進行了熱解試驗,認為熱等離子體技術是實現廢棄物能源化和資源化回收的有效手段;馬洪亭等[4-7]分別介紹了醫療垃圾的熱解氣化原理和熱解氣化裝置的結構特點,對醫療垃圾的典型組分進行了熱重分析并建立了動力學模型;王喬力等[8-9]分別對單組分、雙組分和多組分醫療垃圾的熱解特性進行了試驗,分析了混合比對熱解特性的影響特點.文獻[10-12]分析和介紹了垃圾處理領域的技術發展現狀,我國在固體廢物管理體制方面的存在的問題,以及在垃圾焚燒過程中造成的重金屬污染和控制方法.文獻[13-15]分別研究了聚乙烯和混合垃圾的熱解動力學特性和熱失重特性.但從已查閱到的文獻看,絕大多數研究都是在固定升溫速率條件下進行的,沒有對不同升溫速率的影響規律進行系統研究.為此,筆者設定不同升溫速率,分別對輸液瓶、一次性醫用手套、敷料內心和白鼠肌肉4種典型醫療垃圾進行熱解試驗,旨在了解升溫速率對醫療垃圾熱解過程的影響規律,以期為優化熱解裝置設計和控制運行參數提供基礎數據和理論依據.

　　1試驗設備和方法

　　采用日本島津公司生產的TGA-DTA型差熱失重聯用分析儀.熱天平的主要參數:測溫范圍,20~1500e;天平類型,平行雙柱頂部托盤(上皿)式;靈敏度01001mg;量程為?500mg;測量精度為?1%.

　　2結果和討論

　　2.1升溫速率對輸液瓶熱解機理的影響

　　在試驗條件都相同的前提下,設定4種升溫速率(5,20,25和35ePmin)對塑料類的輸液瓶(主要成分為聚丙烯)進行熱解試驗,熱失重率(TG)和熱失重速率(DTG)曲線如圖1所示.

　　由圖1(a)可知,升溫速率對輸液瓶總的熱失重率影響很小.4種升溫速率對應的總熱失重率分別為9818%,9813%,9810%和9712%,略有下降,相差116%.考慮到系統誤差和操作方面的影響,基本可認為升溫速率對熱失重率沒有影響.起始溫度和終止溫度均隨升溫速率升高而逐漸升高.對應5,20,25和35ePmin4種升溫速率,起始溫度分別為380,393,411和412e,增加32e,說明輸液瓶的熱穩定性受升溫速率的影響比較明顯.對應4種升溫速率的終止溫度分別為483,514,527和543e,升高了60e,表明升溫速率對終止溫度的影響較大.反應區間$T也隨升溫速率的升高而逐漸變寬,與4種升溫速率對應的$T分別為103,121,116和131e,相差28e,因此升溫速率對$T的影響也比較明顯.在反應區間$T內輸液瓶的熱失重率分別為9515%,9613%,9514%和9714%,均在9510%以上,表明輸液瓶的熱失重過程主要集中在$T內完成.

　　2.2升溫速率對一次性醫用手套熱解機理的影響

　　4種升溫速率下橡膠類的一次性醫用手套熱解試驗結果如圖2所示.由圖2可知,醫用手套的總熱失重率均比較高,與10,15,20和30ePmin4種升溫速率對應的總熱失重率分別為9712%,9711%,9618%和9710%;但總熱失重率最大差值為014%,表明升溫速率對熱失重率的影響很小.考慮到系統誤差、樣品因素和操作等方面的影響,可以忽略升溫速率的影響.起始溫度和終止溫度均隨升溫速率升高而升高,當升溫速率從10ePmin升高到15,20和30ePmin時,對應的起始溫度分別為265,274,282和290e,僅升高25e.升溫速率越高,醫用手套開始發生顯著熱失重的起始溫度也越高,熱穩定性也越好.與4種升溫速率對應的終止溫度分別為461,471,479和498e,升高了37e,受升溫速率的影響比較明顯.反應區間$T隨升溫速率的升高而逐漸變寬,與4種升溫速率對應的$T分別為196,197,197和208e,相差僅12e,表明受升溫速率影響不大.在$T內的熱失重率分別為9413%,9318%,9414%和95%,非常接近,表明升溫速率對其影響也很小.熱失重率均在9310%以上,與總熱失重率相近,表明一次性醫用手套的熱失重過程主要集中在$T內完成.

　　2.3升溫速率對敷料內心熱解機理的影響

　　4種升溫速率下合成纖維類的敷料內心熱解試驗曲線如圖3所示.由圖3(a)可知:升溫速率對敷料內心的總熱失重率有明顯影響.隨升溫速率的升高,總熱失重率從9517%下降到8512%,下降了1015%.

　　2.4升溫速率對白鼠肌肉熱解機理的影響

　　在各類醫療垃圾中,由于蛋白質類物質的熱解比較困難且熱解過程持續時間較長,因此對屬于蛋白質類的白鼠肌肉展開的研究,對于醫療垃圾熱解裝置的設計和運行具有非常重要的實際意義.圖4為4種升溫速率下白鼠肌肉的TG和DTG曲線.

　　3結論

　　a.在其他試驗條件相同的情況下,隨升溫速率的升高,試驗終溫對應的的熱失重率呈下降趨勢.但升溫速率對不同類型垃圾的影響程度有所不同,對比較容易熱解的醫療垃圾,如輸液瓶和一次性醫用手套等的影響較小,而對相對較難熱解的醫療垃圾,如敷料內心和白鼠肌肉等的影響比較明顯.

　　b.升溫速率對各種醫療垃圾熱解時的起始溫度和終止溫度的影響規律一致,二者均隨升溫速率升高而升高,表明醫療垃圾的熱穩定性越好,顯著熱失重過程結束的溫度越高.在TG曲線上表現為隨升溫速率的升高,顯著熱失重階段的臺階向高溫區移動.

　　c.反應區間$T隨升溫速率升高而逐漸變寬,表明顯著熱失重過程持續的時間越長.

　　d.峰溫隨升溫速率升高而升高.表明醫療垃圾熱解過程中發生最大熱失重速率的溫度也越高;且熱失重峰的峰高也隨升溫速率的升高而增高.

　　參考文獻(References):

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　　[2]ZHUHongmei,YANJianhua,JIANGXuguang,etal.StudyonpyrolysisoftypicalmedicalwastematerialsbyusingTGA-FTIRanalysis[J].JHazardMateri,2007,9:1-19.

　　[3]HUANGHui,TANGZhe.Treatmentoforganicwasteusingthermalplasmapyrolysistechnology[J].EnergyConversionandManagement,2007,48:1331-1337.

　　[4]馬洪亭,張于峰,鄧娜,等.影響醫療垃圾熱解特性的主要因素[J].化工進展,2007,26(12):1792-1798.

　　[5]JangsawangW,FungtammasanB,KerdsrwanS.Effectofoperatingparamerersonthecombustionofmedicalwasteinacontrolledairincinerator[J].EnergyConversionandManagement,2005,46(20):3137-3149.

　　[6]馬洪亭,張于峰.PCDDPPCDF從頭合成的影響因素和擬制方法[J].化工進展,2006,25(5):557-56

　　馬洪亭,張于峰,鄧娜,郭曉娟,魏莉莉