利用亚临界/超临界水对来自废弃液晶显示器（LCD）和高硫低品位煤（HSLC）的三乙酰纤维素（TAC）进行共液化：协同效应、脱硫及资源回收

《Waste Management》：Co-liquefaction of triacetyl cellulose (TAC) from waste LCDs and high-sulfur low-rank coal (HSLC) by sub/supercritical water: Synergistic effect, desulfuration, and resource recovery

本研究提出了一种基于超临界水（Sub/SCW）系统的TAC与HSLC协同液化工艺，实现电子废弃物资源化与高硫煤高效脱硫。实验表明，Sub/SCW系统在375℃、60分钟条件下，TAC降解率达99%，HSLC液化转化率76.69%，硫含量从1.95%降至0.03%。通过自由基反应路径分析，揭示了TAC水解产生的醋酸与Sub/SCW生成的羟基自由基协同作用，促进HSLC热解脱硫。生命周期评估显示该工艺碳排放更低，为电子废弃物处理与低阶煤清洁利用提供了创新解决方案。

　　在当今快速发展的电子产业背景下，电子废弃物的产生量迅速增加，其中液晶显示器（LCD）作为广泛应用的电子设备，其处理成为亟需解决的环境问题。与此同时，高硫低阶煤（HSLC）作为一种常见的煤炭资源，由于其高硫含量和较低的热值，其利用效率和环境友好性一直受到限制。为应对这些挑战，本研究提出了一种创新的协同热解工艺，利用亚/超临界水（Sub/SCW）系统，旨在实现电子废弃物中三乙酰纤维素（TAC）的高效回收与HSLC的升级利用。该方法不仅能够有效降解TAC（接近100%），还能同步转化HSLC（最大转化率达到76.69%），展现出显著的协同效应。

Sub/SCW协同热解工艺的核心优势在于其独特的物理化学特性。亚/超临界水作为一种高效的化学反应介质，具备高传质效率、低介电常数、氢键数量和极性等特征。这些特性使其能够有效溶解几乎所有有机物质，并建立均匀且高效的反应体系。在热解过程中，TAC的水解会产生乙酸，而Sub/SCW系统中生成的羟基自由基（HO·）则在促进有机硫和无机硫的去除中发挥了关键作用。乙酸和HO·自由基共同作用，形成强亲电性的OH?，从而显著提升了HSLC中硫元素的去除效率。研究表明，TAC的分解产物乙酸不仅能够增强HSLC的热解效果，还能通过其对大分子结构的膨胀作用，促进HSLC中桥键、侧链和多种官能团的断裂，生成具有反应活性的芳香化合物、烷基团、羧基团和芳基团等中间产物。

在Sub/SCW协同热解过程中，HSLC的热解反应主要包括脱水、脱羧和羟基化等步骤。这些反应使HSLC的大分子结构逐渐分解为小分子物质，同时释放出大量的自由基碎片。这些中间产物通过重排、聚合等途径，最终形成新的分子结构。这种热解路径不仅提高了HSLC的热解效率，还显著降低了其热解产物中的硫含量。实验结果显示，通过Sub/SCW协同热解，HSLC中硫的含量可从1.95%降至0.03%，这为HSLC的清洁利用提供了新的可能性。此外，热解产物中富含酮类（30.13%）、酚类（21.53%）和芳香烃类（21.44%），表明该工艺能够生成具有高附加值的有机化合物，为资源回收和能源升级提供了有力支持。

为了进一步优化Sub/SCW协同热解工艺，本研究对多个关键参数进行了系统分析，包括反应温度、停留时间、固液比以及HSLC与TAC的质量比。实验发现，反应温度和HSLC-TAC质量比对总转化率的影响尤为显著。最佳反应条件为375°C、60分钟以及适当的固液比。这一优化参数组合不仅能够实现TAC和HSLC的高效协同热解，还能确保热解产物的高质量。通过调整这些参数，可以有效控制反应的深度和产物的组成，从而满足不同应用场景下的需求。

在环境效益方面，Sub/SCW协同热解工艺展现出显著的减排潜力。生命周期评估（LCA）结果表明，该工艺的二氧化碳排放量明显低于传统处理方法。这一优势源于Sub/SCW系统的高效反应特性和热解过程中硫元素的高效去除。相较于传统的焚烧或填埋处理方式，Sub/SCW协同热解不仅减少了有毒气体的排放，还避免了土壤和地下水的污染。因此，该工艺在实现资源回收的同时，也对环境保护具有重要意义。

从经济角度来看，Sub/SCW协同热解工艺具有较高的可行性。TAC作为LCD中的主要有机成分，其回收利用不仅能够减少资源浪费，还能为相关产业提供新的原材料来源。而HSLC的高效热解则能够提高其能源利用效率，减少对优质煤炭的依赖。此外，热解产物中富含的芳香烃类和酮类化合物，可作为化工原料或燃料使用，进一步拓展了该工艺的应用前景。这种协同处理方式不仅有助于降低处理成本，还能提升资源利用的整体效益。

在技术实现方面，Sub/SCW协同热解工艺依赖于先进的反应设备和精确的参数控制。本研究使用的反应器由316合金制成，能够承受高温高压环境，确保热解过程的安全性和稳定性。通过调整反应温度、停留时间和固液比等参数，可以实现对热解反应的精细调控。同时，HSLC与TAC的质量比对热解产物的组成和转化率具有重要影响，因此需要在实验过程中进行系统优化，以获得最佳的热解效果。

本研究的创新之处在于首次将TAC的回收与HSLC的热解过程相结合，利用Sub/SCW系统的独特特性，实现了资源的高效协同利用。这种协同处理方式不仅提高了废弃物的处理效率，还拓展了热解产物的应用范围。此外，通过深入分析热解反应路径和脱硫机制，本研究为后续工艺优化和实际应用提供了理论依据。未来，该工艺有望在电子废弃物处理和煤炭资源利用领域得到更广泛的应用，为实现绿色可持续发展贡献力量。

为了验证该工艺的可行性，本研究对TAC和HSLC的热解产物进行了系统的成分分析。通过气相色谱-质谱联用（GC–MS）技术，研究团队发现热解产物中富含多种有机化合物，其中酮类、酚类和芳香烃类占据了主要成分。这些化合物不仅具有较高的热值，还具备良好的化学稳定性，能够满足多种工业需求。此外，热解产物中硫元素的含量显著降低，表明该工艺在脱硫方面具有优异的性能。这种高效的脱硫能力对于提升热解产物的品质和使用价值至关重要。

在反应路径方面，Sub/SCW协同热解主要遵循自由基反应机制。TAC的水解反应生成乙酸，而Sub/SCW系统中产生的羟基自由基（HO·）则进一步促进了HSLC的热解反应。乙酸和HO·自由基的协同作用，不仅提高了HSLC的热解效率，还有效降低了硫元素的含量。研究团队通过实验分析和理论推导，揭示了这一反应路径的关键环节。例如，乙酸能够通过膨胀大分子结构，促进HSLC中桥键和侧链的断裂，从而生成具有反应活性的芳香化合物和烷基团。同时，HO·自由基能够与HSLC中的硫化合物发生反应，使其转化为更易去除的形态，从而显著提升脱硫效果。

除了技术层面的创新，本研究还强调了该工艺在资源循环利用中的重要性。TAC作为LCD中的主要有机成分，其回收利用对于减少电子废弃物对环境的影响具有重要意义。而HSLC的高效热解则能够提高煤炭资源的利用率，减少对优质煤炭的依赖。这种协同处理方式不仅能够实现废弃物的资源化利用，还能为能源行业提供新的解决方案。通过将TAC的回收与HSLC的热解过程相结合，本研究为实现电子废弃物和煤炭资源的高效利用提供了新的思路。

此外，本研究还探讨了Sub/SCW协同热解工艺在实际应用中的潜力。随着全球对可持续发展和环境保护的重视，越来越多的行业开始寻求高效、环保的废弃物处理方案。Sub/SCW协同热解工艺因其高效、环保和资源回收的优势，有望成为电子废弃物和煤炭资源处理领域的重要技术。该工艺不仅能够减少有害物质的排放，还能提高资源利用效率，降低处理成本，具有良好的经济和环境效益。

为了进一步推动该工艺的应用，研究团队还对实验条件进行了系统优化。通过调整反应温度、停留时间和固液比等参数，可以有效控制热解反应的深度和产物的组成。例如，提高反应温度能够加快反应速率，提高转化率，但同时也可能增加能耗。因此，需要在反应效率和能耗之间找到最佳平衡点。而固液比的调整则能够影响反应体系的均匀性和热解产物的分布。通过实验数据的分析，研究团队确定了最佳的工艺参数，为后续的工业化应用提供了重要依据。

在实际应用中，Sub/SCW协同热解工艺需要克服一些技术挑战。例如，如何确保反应器的耐高温高压性能，如何优化反应条件以提高热解效率，以及如何实现热解产物的高效分离和纯化。这些问题的解决将直接影响该工艺的推广和应用。因此，未来的研究应重点关注这些技术难点，并探索更高效的反应体系和更经济的处理方案。

综上所述，Sub/SCW协同热解工艺为电子废弃物和高硫低阶煤的处理提供了一种创新且高效的方法。该工艺不仅能够实现废弃物的资源化利用，还能有效降低硫含量，提升热解产物的品质和使用价值。通过优化反应条件，研究团队成功实现了TAC的高效降解和HSLC的同步热解，为电子废弃物和煤炭资源的综合利用提供了新的思路和解决方案。未来，随着技术的不断进步和应用的深入推广，Sub/SCW协同热解工艺有望在环境保护和资源回收领域发挥更大的作用。