摘要:用TGA-DTA差熱失重聯(lián)用分析儀研究升溫速率對輸液瓶、一次性醫(yī)用手套、敷料內(nèi)心和白鼠肌肉4種典型醫(yī)療垃圾熱解過程的影響規(guī)律.結(jié)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(yīng)起始溫度、終止溫度、峰溫升高,反應(yīng)區(qū)間$T變寬,發(fā)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(yī)療垃圾種類而不同,對較難分解的醫(yī)療垃圾(如敷料內(nèi)心和白鼠肌肉等)影響大,對容易分解的醫(yī)療垃圾(如輸液瓶和一次性醫(yī)用手套等)影響較小.

　　關(guān)鍵詞:升溫速率;醫(yī)療垃圾;熱解機理;影響

　　用熱解法處理醫(yī)療垃圾具有無害化、減量化和資源化等優(yōu)點,因此日益受到重視,并有大量研究.MA等[1]對醫(yī)療垃圾中PVC成分的熱解特征、二英的產(chǎn)生、熱解產(chǎn)物中可燃成分和HCl的回收等進行了研究,并發(fā)現(xiàn)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(yī)療垃圾的熱失重特性,分析了熱解產(chǎn)物的組成比例;HUANG等[3]用熱等離子體技術(shù)對塑料、廢輪胎和醫(yī)療垃圾等進行了熱解試驗,認為熱等離子體技術(shù)是實現(xiàn)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(yī)療垃圾的熱解氣化原理和熱解氣化裝置的結(jié)構(gòu)特點,對醫(yī)療垃圾的典型組分進行了熱重分析并建立了動力學(xué)模型;王喬力等[8-9]分別對單組分、雙組分和多組分醫(yī)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(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)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(xué)特性和熱失重特性.但從已查閱到的文獻看,絕大多數(shù)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(guī)律進行系統(tǒng)研究.為此,筆者設(shè)定不同升溫速率,分別對輸液瓶、一次性醫(yī)用手套、敷料內(nèi)心和白鼠肌肉4種典型醫(yī)療垃圾進行熱解試驗,旨在了解升溫速率對醫(yī)療垃圾熱解過程的影響規(guī)律,以期為優(yōu)化熱解裝置設(shè)計和控制運行參數(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù).

　　1試驗設(shè)備和方法

　　采用日本島津公司生產(chǎn)的TGA-DTA型差熱失重聯(lián)用分析儀.熱天平的主要參數(shù):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(jié)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(shè)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(yīng)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(tǒng)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(yīng)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(wěn)定性受升溫速率的影響比較明顯.對應(yīng)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(yīng)區(qū)間$T也隨升溫速率的升高而逐漸變寬,與4種升溫速率對應(yīng)的$T分別為103,121,116和131e,相差28e,因此升溫速率對$T的影響也比較明顯.在反應(yīng)區(qū)間$T內(nèi)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(nèi)完成.

　　2.2升溫速率對一次性醫(yī)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(yī)用手套熱解試驗結(jié)果如圖2所示.由圖2可知,醫(yī)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(yīng)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(tǒng)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(dāng)升溫速率從10ePmin升高到15,20和30ePmin時,對應(yīng)的起始溫度分別為265,274,282和290e,僅升高25e.升溫速率越高,醫(yī)用手套開始發(fā)生顯著熱失重的起始溫度也越高,熱穩(wěn)定性也越好.與4種升溫速率對應(yīng)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(yīng)區(qū)間$T隨升溫速率的升高而逐漸變寬,與4種升溫速率對應(yīng)的$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$T內(nèi)的熱失重率分別為9413%,9318%,9414%和95%,非常接近,表明升溫速率對其影響也很小.熱失重率均在9310%以上,與總熱失重率相近,表明一次性醫(yī)用手套的熱失重過程主要集中在$T內(nèi)完成.

　　2.3升溫速率對敷料內(nèi)心熱解機理的影響

　　4種升溫速率下合成纖維類的敷料內(nèi)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(nèi)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(yī)療垃圾中,由于蛋白質(zhì)類物質(zhì)的熱解比較困難且熱解過程持續(xù)時間較長,因此對屬于蛋白質(zhì)類的白鼠肌肉展開的研究,對于醫(yī)療垃圾熱解裝置的設(shè)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(jié)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(yīng)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(yī)療垃圾,如輸液瓶和一次性醫(yī)用手套等的影響較小,而對相對較難熱解的醫(yī)療垃圾,如敷料內(nèi)心和白鼠肌肉等的影響比較明顯.

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

　　c.反應(yīng)區(qū)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(xù)的時間越長.

　　d.峰溫隨升溫速率升高而升高.表明醫(yī)療垃圾熱解過程中發(fā)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.

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　　馬洪亭,張于峰,鄧娜,郭曉娟,魏莉莉