钙乙酸催化裂解废弃风电叶片定向富集对异丙烯基苯酚(PIEN)的机制研究及高值化应用

本文聚焦废弃风电叶片(WWTBs)中玻璃纤维增强复合材料(GFRCs)的热解过程，创新性引入钙乙酸催化体系，通过多模型动力学分析揭示两阶段热解机制：初始阶段(α≤0.5)活化能从149.7 kJ/mol线性增至165.3 kJ/mol，反应模型从R2(二维界面收缩)转变为R3(三维扩散)；深度热解阶段(α>0.5)活化能非线性攀升至246.7 kJ/mol。钙离子(Ca2+)通过氧极化促进醚键断裂，经π-阳离子相互作用稳定异丙烯基自由基，使对异丙烯基苯酚(PIEN)选择性提升至25.23%，绝对产率达21.13 wt%，为环氧树脂基复合材料的高值化回收提供新范式。

　　

Highlight

本研究揭示了废弃风电叶片(WWTBs)中玻璃纤维增强复合材料(GFRCs)的热解动力学演变与催化调控机制。多转化率动力学分析显示热解过程具有明显的阶段性特征：

关键发现

1. 1.

   初始阶段(转化率α=0.1–0.5)活化能从149.7 kJ/mol线性增长至165.3 kJ/mol，反应机制从二维界面收缩模型(R2)转变为三维扩散控制模型(R3)。在深度热解阶段(α>0.5)，活化能呈非线性增长，在α=0.9时达到246.7 kJ/mol。

2. 2.

   钙乙酸催化通过D5(扩散-收缩)模型优化反应路径，使活化能降低9.5%–24.7%，油相产率从57.85 wt%提升至83.81 wt%。

3. 3.

   与非催化体系相比，对异丙烯基苯酚(PIEN)的选择性从19.60%提升至25.23%，绝对产率从11.37 wt%增至21.13 wt%。

作用机制

环氧树脂碳骨架经历醚键断裂→亚甲基桥断裂的两阶段解离过程：

• •

  Ca²⁺通过氧极化促进醚键断裂

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  通过π-阳离子相互作用稳定异丙烯基自由基

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  过量Ca²⁺可能引发氢加成副反应

Conclusion

建立的催化体系为WWTBs选择性转化为高值PIEN类酚系化合物提供了新颖高效的研究路径。