废弃光伏组件背板热解特性的综合研究：动力学分析、反应力场分子动力学模拟与密度泛函理论计算

本文创新性地采用热重分析（TG）、反应力场分子动力学（ReaxFF-MD）和密度泛函理论（DFT）多尺度研究方法，揭示了Tedlar-PET-Tedlar（TPT）背板在氮气氛围下的热解机制。研究发现PET链中酯基邻位C-O键断裂（能垒174.73 kJ/mol）和PVF脱氟化氢反应（能垒242.90 kJ/mol）的协同效应，构建了包含对苯二甲酸（TPA）等关键中间体的反应网络，为光伏组件低碳回收提供了理论依据。

　　

亮点

本研究通过多尺度研究方法，首次系统阐明了TPT背板热解过程中PET与PVF组分的协同降解机制，揭示了氟自由基对酯键断裂的催化作用（能垒降低15.8%），为光伏废弃物资源化提供了分子层面的设计依据。

热重分析（TG）

图2(a)显示TPT背板在氮气氛围下呈现单阶段失重特征。根据时间-温度等效原理，升温速率提高会使热解温度区间向高温方向偏移。DTG曲线中单一失重峰证实该过程为整体反应，最大失重速率对应温度从427°C（10°C/min）升至455°C（30°C/min）。

结论

1. 1.

   TPT背板热解表现为单阶段失重，残碳率随升温速率提高从13.7%降至9.2%；

2. 2.

   通过调整函数重构的反应机理模型比传统固态反应模型预测精度提升22.6%；

3. 3.

   ReaxFF-MD模拟显示PET链中酯基邻位C-O键优先断裂（能垒210.50 kJ/mol），生成TPA中间体；

4. 4.

   PVF组分通过脱氟化氢反应（能垒242.90 kJ/mol）释放HF，其与PET的协同作用使初始解聚能垒降至174.73 kJ/mol；

5. 5.

   构建的包含氟化碳化合物生成路径的完整反应网络，为开发低能耗热解工艺提供了关键理论支撑。