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赤泥 (red mud，RM) 是铝土矿精炼氧化铝时产生的废弃物，据统计平均每吨氧化铝生产过程中就会产生1~1.8 t RM[1]，我国为氧化铝生产大国，2021年RM产量约为1.12×108 t。拜耳法生产氧化铝流程下产生的RM主要成分是Fe2O3[2] ，呈强碱性。以往RM的处理方式主要为露天堆放，不仅占用大量的土地资源，还会造成土壤和水体的污染。目前RM资源化利用的方向包括回收有价金属、制备混凝剂及吸附剂和作为建筑材料进行利用，然而目前其综合利用率很低 (约8%) ，因此亟需开发其新的资源利用方式。近年来RM作为催化剂的潜力受到了众多研究者的关注，RM由于富含氧化铁，常作为廉价的Fe基催化剂使用。据报道，RM作为催化剂有促进焦油裂解的效果[3-6]，在降酸升级生物油中具有取代HZSM-5的潜力[6-7]。特别是有研究提出RM有定向催化能力，例如有文献提出RM可以酮化热解产物中油/气产物，增强酮和醛的选择性生产[8-10]，而另一些文献提出RM催化生物质热解可以有效生产芳烃[11-16]。造成这样不同的定向催化效果可能和选用的RM中Na、Ca等原有成分差异或后续负载的不同元素有关[17-18]，另外还需要考虑煅烧等活化前处理中造成RM中主要活性组分Fe基价态发生的变化对催化效果的影响。
人造板是利用木材在加工过程中产生的边角废料，添加胶粘剂制作的板材。2021年我国人造板总产量约为3.37×108 m3，按照10%的报废率，年产废弃人造板十分可观。传统的处理方式 (填埋或燃烧) 由于人造板中3%~15%粘合剂的限制会造成环境污染与资源浪费，例如填埋会占用大量土地资源，且板材里的粘合剂难以降解导致人造板降解时间长。而燃烧可以通过提升原料颗粒温度[19]、促进氮中间体破裂等途径提高人造板中杂原子 (氮、氯等) 向小分子气体的转化率[20-21]，造成环境污染。人造板热解相对于燃烧可以减少或调节氮释放[19, 22]以促进其清洁利用，还可以回收高附加值的生物油。因此，本研究提出一种利用RM催化热解人造板以实现以废治废的策略，为RM和人造板的消纳提供了新的途径。由于人造板既包含生物质，又包含作为粘合剂等使用的聚合物，导致其产物和热解机理相对单纯生物质或聚合物更加复杂。AHMED等[23]研究了低密度聚乙烯和松木的共热解，发现二者存在协同效应，协同反应增强了油产率且导致油中脂肪族C-C含量增加，而添加RM催化共热解后消除了生物质与塑料中间体之间的协同作用，从而提高了气体产率。RYU等[24]研究了木质素和聚丙烯在RM催化下的共热解，发现RM进一步提高了裂解效率，且增强了含氧中间体 (例如呋喃) 和烯烃之间的Diels-Alder反应，产生大量芳烃。目前关于RM催化热解生物质与聚合物混合原料方面的研究十分有限，热解过程中生物质和聚合物之间的协同作用和催化机理仍需要深入研究。另外，关于RM催化人造板热解实现协同处理的相关文献十分欠缺。此外，RM在前处理活化 (煅烧) 、热解过程以及循环利用中，主要催化物质Fe基会发生晶相、价态变化。而鲜少有研究者关注RM的成分变化对其催化效果的影响，这对确定RM前处理活化参数、循环利用次数以及通过焙烧还原后进行Fe回收的理论基础十分重要，亟需进一步的研究。
本研究通过热重、TG-FTIR-MS、GC-MS多种手段对RM催化等温和非等温热解进行研究。研究了RM催化热解人造板的机理，并调查了RM添加比例以及RM热解时铁氧化物成分变化对催化效果的影响，并在固定床上研究了RM与炭的复合材料的催化效果以探索RM作为添加剂循环利用的可能性。
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人造板为某废弃木质碎屑压型加工而成的，其粉碎至180 μm以下，样品工业分析和元素分析见表1。可以看到人造板的挥发分高达73%，固定碳含量低，易着火，好燃尽。同时元素分析表明，其氮，硫含量较高，可能是由于人造板中含有部分胶粘剂的原因。拜尔法RM的元素分析见表2，可以看到RM中还含有6.49%的碱及碱土金属，在热解过程中具有促进气化，协同催化的作用[11, 18]。拜尔法RM含有44.06%的Fe2O3，因此RM可以作为廉价易得的铁基添加剂使用。为使RM与人造板粉末混合均匀，采用湿浸渍法处理混合的RM和人造板 (即加入去离子水后在45 ℃下振荡3 h，并在110 ℃下烘干6 h) 。将RM和人造板粉末分别单独放置在坩埚中，在500 ℃下还原性气氛下热处理2 h和4 h，得到的改性RM (modified red mud) 样品分别称为MRM2*和MRM4*。
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拜尔法RM利用X射线荧光光谱仪 (XRF) Bruker S8 Tiger进行分析，原始拜耳法RM、经过改性后的MRM2*和MRM4*通过X射线衍射仪 (XRD) Bruker D8 ADVANC进行分析，使用Jade软件对XRD谱图进行分析。热重实验中采用的热重分析仪为热重分析仪 (耐驰STA449F5) ，TG-FTIR-MS联用实验中采用热分析红外气质联用 (STA8000-Spectrum 3-Clarus690 SQ8C) 。管式炉实验装置主要由通气装置、高温管式炉装置 (KJ-T1 700，郑州科佳电炉有限公司，最大功率为5 kW，最高调节温度为1 500 ℃，升温速率为10 ℃·min−1，刚玉管内径60 mm，刚玉瓷舟大小为100 mm×40 mm×22 mm) 组成。收集的焦油用气相色谱仪GC-MS (Shinadzu GC-2010)进行分析测试。
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1) 热重实验。在室温至1 000 ℃间对人造板以及人造板混合不同比例的RM以5、10、20 ℃·min−1进行热分析。RM与人造板通过浸渍法混合，具体为RM和人造板的混合粉末加入去离子水后在45 ℃下振荡3 h，并在110 ℃下烘干6 h。人造板简称为R，人造板与10%的RM混合后制成的样品成为0.1RMR，RM以20%、30%比例混合人造板时制成的样品以此类推，分别为0.2RMR、0.3RMR。
2) TG-FTIR-MS联用。分别将RM、MRM4*以8%的比例与人造板通过浸渍法混合。得到的混合物RMR，MRM4*R以及人造板R分别在40 mL·min−1的氦气下以20 mL·min−1的速率进行加热。FTIR用于对热解过程中产生的气体进行分析，MS用于确定热解过程中主要产生的常见气体进行分析，典型热解气体产品包括H2 (m/z=2) 、CH4 (m/z=16) 、CO (m/z=28) 、CO2 (m/z=44) 。
3) 恒温管式炉实验。在管式炉上进行了RM原位催化人造板的热解实验，载气为100 mL·min−1的氮气，取1 g样品在500 ℃进行热解实验，热解时间为30 min，出气口末端接有焦油冷却装置，用二氯甲烷冲洗冷却管壁上的残留焦油以及稀释混合收集到的焦油溶液，充分稀释后的溶液在GC-MS上进行分析。
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由于RM作为添加剂的存在，0.1RMR、0.2RMR、0.3RMR的热重曲线并不能反映人造板粉末真实失重，故对RM在相同工况下进行测试作为空白组对照，人造板的真实热重曲线及转化率α见式(1)、(2)。本研究中所有热重曲线均采用该处理方式。
式中：mR,t为添加RM后人造板的t时刻的真实失重，质量分数%；mt为热重实验t时刻的失重，质量分数%；MRM,t为RM空白组热重t时刻的失重，质量分数%；λ为RM添加比例，质量分数%；m0为初始时刻失重，质量分数%；m∞为终止时刻时候失重，质量分数%；。
热重曲线利用DAEM (Distributed Activation Energy Model) 模型进行处理，DAEM模型广泛应用于分析复杂的化学反应，例如生物质或煤的热解。DAEM模型假定分解反应由大量平行、独立一级反应组成，这些反应具有不同的活化能，使整体分解反应的活化能以一定函数形式f (E) 连续分布。DAEM方程求解十分复杂，MIURA等[25]提出了无分布方法，该方法不需要预先规定活化能分布，大大化简了方程的求解。Miura简化式见式(3)。
式中：β为加热速率，以In(β/T2)与1/T为纵横坐标拟合曲线，通过斜率和截距可求得样品的表观活化能和频率因子。
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RM热处理过程中，铁基化合物的晶相和成分都可能变化[26]，RM、MRM2*和MRM4*的晶相分析见图1。可以看到RM中Fe基主相为α-Fe2O3，改性煅烧2 h后出现磁赤铁矿γ-Fe2O3晶相，这是部分α-Fe2O3转化而来的。同时，热解初期氧化铝中结晶水释放，有利于改善RM的孔隙结构[27-28]。改性煅烧4 h后，铁基物质主相变为Fe3O4。这是由于Fe2O3在还原性气氛中失氧，进一步向磁铁矿和铁单质转化。且热解4 h后部分Fe和Ti相互融合形成新的矿物，RM部分失活活性。该过程如式(4)所示。
因此RM作为添加剂使用前可以在还原性气氛中进行煅烧前处理，煅烧时间应小于4 h，推荐煅烧时间为2 h左右。据报道[29]，γ-Fe2O3相对于α-Fe2O3具有更丰富的酸位点，因此导致更高的催化活性；而Fe2O3相对于Fe3O4具有更强的还原能力，因此具有更强的促进焦炭裂解的能力[30]，因此Fe2O3向Fe3O4的转化可能导致催化活性的减弱或者不同的催化产物。有关对比Fe2+和Fe3+催化能力的相关文献较少，需要进一步分析。因此选取主相分别为α-Fe2O3和Fe3O4的RM和MRM4*的催化机理在下文TG-FTIR-MS中进行分析。
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如图2所示，可以看到，加入RM后人造板热解过程中经历3个失重峰，第一个失重峰发生在50~150 ℃，主要是由于脱水和少量挥发分析出；第二个失重峰发生在170-470 ℃，主要是由于大量挥发分的释放；由图2中不同加热速率下DTG可以发现，在600-700 ℃下有1个很小的失重峰，可能与炭化阶段脱芳重组有关；第四个失重峰仅在RM催化人造板热解曲线中700-900 ℃下出现，且由于热解在惰性气氛氦气中进行，该失重峰可能是由于RM影响了焦炭的芳香性并促进了焦炭的二次裂解，而非通过Boudouard反应焦炭气化。由图2中各加热速率下的TG曲线可知，添加RM后人造板的整体失重增加，特别是650 ℃以后的持续失重，且大体上呈现总失重率随RM添加量增加而增加的趋势。加入RM后人造板的最大失重峰不仅“加深”了，其失重速率所在温度Tmax也有所提前，且发现低升温速率(≤10 ℃/min)下Tmax随RM添加比例增加呈现先减小，后在添加比例≥30%后缓慢增加的趋势，如表3所示。需要说明的是，此时认为RM对人造板传热传质的影响很小，一是因为热重实验中样品量很小，RM的密度又远高于人造板粉末，因此实验中分散在人造板粉末中的RM粉末量认为很少，对传热传质的影响可以忽略。二是如果RM对传热传质的影响会显著影响热重曲线，那么该影响在更高的升温速率和RM添加比例下会更显著，且均会促进4个失重峰峰值温度的提前。如表3所示，各失重峰峰值所在温度随RM添加比例增加的变化趋势并不一致且非单向减少，Tmax也未随RM添加比例或加热速率增加时呈现越来越明显的下降趋势。
利用DAEM模型对各RM添加比例下人造板的TG曲线进行活化能的计算，结果如图3所示。由于当转化率≥0.8时，计算得到的活化能开始大幅上升，可能由于此时生物质处于炭化阶段，此时芳构化反应和缩聚反应需要较高的活化能，且此时计算结果误差变大，故图中仅显示转化率在0.1~0.7间的活化能计算结果，计算的R2≥0.9。如图，人造板热解的活化能随转化率由0.1增至0.2间先显著降低，后缓慢增加。初始人造板的热解活化能较高可能是因为人造板中的胶合剂存在，使得人造板中生物质升温速率缓慢，且热解产物难以逸散。随RM添加比例增加，初始活化能 (转化率≤0.2) 和整体活化能先降低后增加。这说明过量的RM可能不利于人造板的热解，因此建议添加比例应≤30%。
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1) 热质联用的热重结果。如图4所示，对比RM和MRM4*的催化效果时，可以看到RMR和MRM4*R失重曲线大致相同，说明MRM4*仍能有效地催化人造板，其对人造板失重的效果和RM相似。由微分失重曲线中可以发现，RM对于第一失重峰促进效果更明显，说明RM有效促进了人造板的脱水，而MRM4*R第二峰和第四峰的失重速率略高于RMR，说明MRM4*对挥发分释放阶段和炭化阶段挥发分的析出有更显著的促进作用。这说明RM中铁氧化物成分变化会影响RM在不同热解阶段的催化效果。
2) 热质联用的红外结果。图5为R、RMR以及MRM4*R在热解过程中挥发性产物的红外谱图，如图所示3个样品的红外谱图相似，部分区域仅在特定温度下出现或显著增强。如图在250~400 ℃温度区间内，位于2 780~3 000 cm−1、2 216~2 400 cm−1、1 720~1 810 cm−1、927~1 311 cm−1以及617~742 cm−1区域内的红外特征峰强度明显加强，400 ℃后强度显著下降。上述特征峰分别代表烷烃的C-H键、CO2的C=O键、酰卤/酸酐/酯/酸/饱和脂肪醛的C=O键、酰卤的C-C键或酸酐/醇/醚/酯的C-O键以及C-Cl/ C-Br键的红外吸收峰强度。说明在250~400 ℃阶段产生的挥发分产物主要包括烷烃、CO2、酰卤、酸酐以及酯等。其中，250~325 ℃温度区间位于930和966 cm−1代表NH3的红外吸收峰出现，280~400 ℃温度区间位于2 780~3 000 cm−1代表烷烃的红外吸收峰出现。3 015 cm−1处代表CH4的红外特征峰在400 ℃后出现且随温度增加而增强，但600 ℃后该特征峰强度显著下降。700 ℃后1 508 cm−1、2 216~2 400 cm−1、2 020~2 250 cm−1区域分别代表C=C骨架振动、CO2、CO的红外吸收峰强度增强，说明此时可能焦炭发生了二次裂解，产生了大量芳香化合物，其中芳环侧链的含氧基团断裂产生小分子气体CO2、CO。
对比R、RMR以及MRM4*R在4个失重峰的最大失重速率所在温度的挥发分产物的红外谱图。由图6(a)可以看到，RMR的红外吸收峰强度显著高于R和MRM4*R，说明RM显著的提高了废弃人造板的低温下的反应性。1 600~1 875 cm−1、1 540~1 580 cm−1、1 340~1 460 cm−1区域分别代表酸或酰胺的C=O伸缩振动，胺或酰胺的NH弯曲振动或硝基取代芳环的NO2伸缩振动，胺或酰胺的CN伸缩振动。上述峰显著高于其他两样品，说明RM促进人造板第一失重峰的最大失重速率所在温度降低，并且第一失重峰的最大失重速率增加可能是通过促进了人造板的胶合剂中含氮化合物例如酰胺或硝基取代化合物提前分解和断裂。同时，RMR在85 ℃处CO2的红外特征峰强度显著高于R和MRM4*R，可能是由于RM显著促进酰胺断裂后C=O键转化而来。3 300~4 000 cm−1区域对应游离羟基或分子内氢键的OH伸缩振动，RMR红外谱图中这部分红外吸收峰强度显著增加，可能来源于热解过程中RM受热后AlO(OH)中结晶水的脱除。MRM4*R的各红外吸收峰均低于RMR，但MRM4*R在1 340、1 508 cm−1处的红外吸收峰仍高于R，说明MRM4*R在反应初始阶段也有一定促进人造板中酰胺分解的作用，但其作用相对于RM已大大削弱。
如图6(b)，在大量挥发分释放的阶段，发现MRM4*和RM的催化效果有所不同。对比RMR和R可以发现RM显著的促进了代表酮、酸的C=O伸缩键，代表醚的-C-O-C伸缩键以及CO2的红外吸收峰，另外代表苯环的C=C骨架振动的红外吸收峰也有所增强，说明RM显著的促进了人造板中芳香化合物的释放和芳环侧链的裂解。对比MRM4*R和R，MRM4*R谱图中代表芳环中C=C骨架振动的红外吸收峰的增加十分显著，而代表CO2的红外吸收峰强度下降。说明MRM4*主要促进挥发分中芳香化合物的产生，对芳环侧链含氧基团进一步裂解为小分子的促进作用相对于RM减弱。另外，代表芳酸、芳酮中C=O伸缩键的1 539~1 699 cm−1区域的红外吸收峰强度下降，代表环酸酐的C=O伸缩键和C-O伸缩键的1 750~1 870 cm−1区域以及1 200~1 300 cm−1区域增红外吸收峰强度增加。说明MRM4*催化的人造板热解中CO2释放减少很可能是因为芳环侧链的羰基、羧基发生了环化缩合生成了环酸酐，使得羰基、羧基断裂的活化能增高，更难以破裂。另外，处于3 461~3 587 cm−1和1 268~1 434 cm−1区域，代表芳香胺的NH伸缩键和C-N伸缩键的吸收峰强度相比于R和RMR增强，说明MRM4*可能促进了芳香胺的生成。另外发现700 ℃以上温度下MRM4*R的CO2红外吸收峰的强度强于R，可能是MRM4*促进了环酸酐在高温中破裂，产生了CO2。
3) 热质联用的质谱结果。由于FTIR只能分析官能团，因此对主要合成气CO (m/z=28) 、CO2 (m/z=44) 、CH4 (m/z=16) 、H2 (m/z=2) 进行质谱检测，如图7所示。可以发现RM和MRM4*显著的促进了合成气的产生，同时发现RM和MRM4*对合成气催化效果有所不同，CO2和CO的质谱结果中RMR样品的离子强度最高，说明相对于MRM4*，RM对人造板中脱羰基、羧基等碳氧基团反应的促进程度更强，MRM4*的CO2和CO的离子强度在750 ℃以上开始显著提高，说明MRM4*对脱碳氧基团反应在高温下的促进作用更显著，这也符合之前红外谱图的结果。另外，发现CH4和H2的质谱结果中MRM4*样品的离子强度最高，说明MRM4*对脱甲基/亚甲基、脱氢反应具有更强的促进作用。
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RM作为人造板热解添加剂使用后，焦油和合成气可以回收，但是RM和热解后的焦炭混合均匀，难以分离，混合物称为赤泥炭 (RMC) 。另外，经过共热解后RMC中赤泥也与原始RM的晶相有所不同，于是在管式炉上探索了RMC作为添加剂循环使用的潜力。由前文图1可知，当RM还原性气氛下热解，Fe2O3会逐渐向Fe转化，当多次循环热解后，可以利用Fe基物质磁性的差异，在热解后固体产品中回收Fe。以往文献显示Fe在活性炭中作为“锚点”在配位上是不饱和的，因此能够进一步与客体相互作用[31-32]，例如和生物炭中的SiO2和炭结构形成稳定的化学键，防止活性物质流失[33-34]。同时由于Fe原子分散在具有良好孔隙结构的载体上，不仅能够最大限度地提高金属原子的效率，而且有利于防止烧结和焦化造成的失活。因此RMC有作为添加剂循环催化热解的潜力，本节在恒温管式炉上调查了复合材料RMC的催化效果，30%的RMC作为添加剂重新与人造板混合，制得的样品成为0.3RMCR。需要说明的是，添加30%的RMC作为添加剂时中RM的质量比实际小于30%，根据之前热重结果推测此时还存在少量残留焦炭，其作为载体均匀负载经历共热解后的RM。结果如图8所示。0.3RMCR热解后收集的焦油烷烃类浓度高于R但低于0.3RMR，而酯类、醇类浓度低于R但高于0.3RMR，说明RMC有促进人造板焦油脱氧提质，促进脂肪族C-C键的生成，且0.3RMCR的催化效果弱于RM。同时，注意到焦油中酚类含量0.3RMCR高于RM，这可能是因为RMC复合材料中含有生物质炭，其中部分木质素在循环热解中裂解产量生了酚类。另外，注意到500 ℃下人造板热解产生的焦油含有多环芳烃，而RM以及RMC均有效地抑制了多环芳烃和醛类的形成。
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1) 随RM添加比例由0%增加至40%，人造板的整体失重增加，最大失重峰以及炭化阶段失重峰的最大失重速率所在温度提前。当RM比例≤20%时，人造板热解的活化能有效降低，尤其是转化率在0.1—0.2时的活化能。RM添加比例过高，人造板热解活化能反而增加，因此推荐RM添加比例≤30%。
2) 人造板热解挥发分释放阶段产物主要包括烷烃、CO2、酰卤、酸酐以及酯等。700 ℃后焦炭发生了二次裂解，产生了大量芳香化合物以及小分子气体CO2、CO。
3) RM热解过程中经历“αFe2O3→γFe2O3→Fe3O4→Fe”的过程，导致对人造板热解过程的催化效果不同。RM主要铁氧化合物为Fe2O3，促进了人造板的胶合剂中含氮化合物例如酰胺或硝基取代化合物提前分解和断裂，并且相对于MRM4*对人造板中脱羰基、羧基等碳氧基团反应的促进程度更强。MRM4*主要铁氧化合物为Fe3O4，主要促进挥发分中芳香化合物的产生，750 ℃以上显著地促进了CO2、CO的释放。
4) RMC对焦油脱氧提质的催化效果弱于RM，但仍然有效地提高了焦油中烷烃含量，是人造板无催化热解烷烃含量的1.8倍。RM以及RMC均有效地抑制了焦油中多环芳烃的形成。
拜耳法赤泥催化热解废弃人造板的产物特性分析
Product characteristics analysis of Bayer red mud catalytic pyrolysis of waste wood-based panel
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摘要: 针对拜耳法赤泥年产量巨大亟需资源化回收、以及由于人造板包含3%~15%聚合物的特性导致传统处理方式污染较大的问题，提出一种利用赤泥原位低温催化热解废弃人造板的处理方式，实现废弃赤泥和人造板的有效消纳。首先在热重反应器上比较了不同添加比例的赤泥对人造板热解的影响，并采用DAEM (distributed activation energy model) 模型计算了传统热解和赤泥催化热解的活化能。热重结果表明：随赤泥添加比例增加，人造板的整体失重增加，而热解平均活化能呈先增加后降低的趋势，推荐赤泥添加比例≤30%。然后通过TG-FTIR-MS联用探究了拜尔法赤泥原位催化人造板的机理，并且关注了热解过程中铁基成分变化对催化机理的影响，结果表明：赤泥中铁氧化合物主相分别为Fe2O3和Fe3O4时，对人造板热解过程的催化效果显著不同，Fe2O3促进了酰胺的提前分解和断裂，且对脱羰基、羧基反应的促进作用更强；Fe3O4能够更显著地促进挥发分中芳香化合物的产生以及高温下CO2、CO的释放。最后在固定床上研究了赤泥焦炭复合材料的催化效果以探索其循环利用的潜力，结果表明，赤泥炭催化效果弱于赤泥，但仍能有效实现脱酸提质焦油，焦油中可燃脂肪烃的含量增加1.8倍。Abstract: In view of the huge annual generation of Bayer red mud to be recovered, as well as the risk of pollutants emission for traditional treatment methods dealing wood-based panel due to its 3%~15% polymer component, a strategy was proposed to utilize low temperature in-situ red mud catalytic pyrolysis of wood-based panel, to realize effective consume of wasted red mud and wood-based panel. Firstly, the effects of different addition ratios of red mud on pyrolysis of wood-based panel were compared on the thermogravimetric reactor, and the activation energies of traditional pyrolysis and catalytic pyrolysis of red mud were calculated using DAEM mode (distributed activation energy model). The TG results showed that with the increasing proportion of red mud, the overall weight loss of wood-based panel increased, while the average activation energy of pyrolysis increased first and then decreased. The recommended proportion of red mud was below 30%. TG-FTIR-MS was used to investigate the in-situ catalytic mechanism of Bayer red mud during the pyrolysis process. And the influence of component change of iron-based on pyrolysis mechanism was especially focused. Results indicated that when the main phases of iron oxides were Fe2O3 and Fe3O4 respectively, their catalytic effects on the pyrolysis of wood-based panel were significantly different. Fe2O3 promoted the early decomposition and cleavage of amides, and had a stronger promoting effect on decarbonylation and decarboxylation reactions. Fe3O4 could significantly promote the production of aromatic compound in volatile matter and the release of CO2 and CO at high temperature. Finally, the catalytic effect of red mud char composite materials was studied on a fixed bed to explore the possibility of cyclic utilization. The results showed that the catalytic effect of red mud char was weaker than red mud, but it still achieved an effective deacidification and upgrading of tar, and the content of combustible aliphatic hydrocarbons in tar increased 1.8 times.
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Key words:
- red mud /
- catalytic pyrolysis /
- wood-based panel /
- TG-FTIR /
- dynamics
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图 1 RM、MRM2*以及MRM4*的XRD晶相分析结果
Figure 1. XRD crystal analysis results of RM, MRM2*and MRM4*
图 2 不同RM添加比例催化热解下人造板的热重结果
Figure 2. Thermogravimetric results of wood-based panel under catalytic pyrolysis with different proportions of RM
图 3 不同RM添加比例催化热解下人造板的热重活化能
Figure 3. Activation energy of pyrolysis of wood-based panel with different proportion of RM
图 6 RMR、MRM4*R以及R在4个DTG峰的最大失重速率所在温度下的FTIR结果
Figure 6. FTIR results of RMR、MRM4*R and R at temperature where the maximum weight loss rate of the four DTG peaks occurred
表 1 人造板的工业和元素分析
Table 1. Proximate and ultimate analysis of wood-based panel
% (质量分数) 工业分析 (空气干燥基) 元素分析 水分M 灰分A 挥发分V 固定碳FC C H O N S 9.50 1.73 73.03 15.74 44.86 5.99 43.87 5.18 0.10 
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表 2 拜尔RM的XRF元素分析结果
Table 2. XRF elemental analysis result of Bayer RM
% (质量分数) Fe2O3 Al2O3 CaO SiO2 TiO2 Na2O 其他 44.06 18.04 2.39 15.07 4.79 4.10 11.56
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表 3 热重曲线图的相关参数
Table 3. Relevant parameters of thermogravimetric curve
升温速率/
( ℃·min−1)样品 最大失重峰峰值所在温度/ ℃ 最大失重速率/ (10−2·%· ℃−1) 总失重/% 1 2 3 4 1 2 3 4 5 R 67.17 325.57 639.17 — 3.40 89.86 1.99 0.00 18.11 0.1RMR 62.65 318.65 649.85 794.65 5.10 96.18 2.29 2.95 13.19 0.2RMR 60.95 318.55 654.55 824.15 5.48 89.88 2.57 4.69 11.32 0.3RMR 59.92 319.12 656.72 816.72 4.27 96.72 3.01 5.54 6.26 0.4RMR 80.03 320.83 636.83 760.03 9.64 111.73 2.19 6.29 1.21 10 R 68.81 336.01 659.21 — 3.62 88.77 1.75 0.00 18.93 0.1RMR 66.83 331.63 668.43 806.03 4.48 91.52 2.13 2.28 18.47 0.2RMR 69.54 331.14 675.14 805.54 4.60 96.90 2.53 3.70 11.15 0.3RMR 65.93 326.73 665.93 799.53 4.85 104.92 2.47 4.14 1.43 0.4RMR 87.76 329.36 660.56 777.36 8.24 100.94 2.41 6.25 4.56 20 R 78.83 346.03 680.43 — 3.90 85.71 1.96 0.00 21.05 0.1RMR 73.07 339.47 685.07 792.27 4.72 88.61 2.15 2.20 18.71 0.2RMR 76.99 341.79 686.59 831.39 4.50 86.48 3.10 5.20 8.34 0.3RMR 73.65 341.65 684.85 807.25 4.40 103.79 2.64 4.50 4.83 0.4RMR 87.52 340.32 674.72 784.32 13.00 106.80 2.29 5.13 0.33
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