為尋找石油衍生燃料的替代品，越來(lái)越多的科研人員開(kāi)始探索從塑料和廢輪胎等廢棄物中開(kāi)發(fā)新燃料的方法,。廢輪胎是一個(gè)具有前景的潛在來(lái)源，因?yàn)槠鋽?shù)量龐大,，而且含有天然橡膠形式的可再生成分1,。

廢輪胎經(jīng)過(guò)熱裂解會(huì)產(chǎn)生一種被稱為輪胎熱解油（TPO）的液體,，以及其他化合物。由于具有較高的能量密度和天然橡膠成分,，并且符合促進(jìn)可再生能源使用規(guī)范（例如,，歐洲促進(jìn)可再生能源使用指令2009/28/EC），因此,，輪胎熱解油有望成為替代燃料的成分之一,。然而，由于我們尚缺乏對(duì)輪胎熱解油的基本燃料特性和燃燒特性的了解,，導(dǎo)致其作為燃料的開(kāi)發(fā)進(jìn)程受到阻礙,。

輪胎熱解油的結(jié)構(gòu)與特性

輪胎熱解油（TPO）是由碳數(shù)從5到50的若干碳?xì)浠衔锝M成的復(fù)雜混合物。此外,，TPO還含有硫和氮,，以及少量氧。TPO中的一些主要化合物包括輕芳烴（苯,、甲苯,、二甲苯和乙苯）、多環(huán)芳烴（萘）,、脂肪族化合物（十二烷和十三烷）以及單萜烯（檸檬烯）2,。

TPO的物理、化學(xué)和燃燒特性難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定,，但這些特性會(huì)受到一系列已知因素的影響,，例如，輪胎的成分以及熱裂解過(guò)程中的條件,。影響TPO燃燒的因素之一是分子量分布和官能團(tuán)3,。一些官能團(tuán)和結(jié)構(gòu)特征（例如，支鏈的不飽和度和位置）可促進(jìn)燃燒反應(yīng),。正因如此,，識(shí)別和量化官能團(tuán)有助于科研人員預(yù)測(cè)TPO的特性和燃燒特征，從而促進(jìn)這種潛在替代燃料的開(kāi)發(fā),。

例如,，TPO作為燃料的主要缺點(diǎn)之一在于，它含有多種含硫化合物,。當(dāng)采用不同的脫硫工藝處理時(shí),，這些含硫化合物會(huì)發(fā)生不同的反應(yīng)。通過(guò)了解這些含硫化合物的分子特征,，有助于科研人員設(shè)計(jì)合適的脫硫步驟,，并了解燃燒過(guò)程中的排放及其對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康的影響。

利用FT-ICR MS和NMR分析TPO的結(jié)構(gòu)特征

然而,，TPO的復(fù)雜性導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)特征難以測(cè)定,。在本次研究中,，來(lái)自哥倫比亞和沙特阿拉伯的團(tuán)隊(duì)對(duì)兩種TPO樣本進(jìn)行了分析。其中一個(gè)樣本是含硫TPO,，另一個(gè)是含有熱解過(guò)程中添加的氧化鈣的TPO（TPO[CaO]）,，以便對(duì)兩者的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行比較和對(duì)比4。

研究人員使用了布魯克9.4 T SolariX傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀（FT-ICR-MS）系統(tǒng)（配置APPI離子源）,。該質(zhì)譜儀可在分子水平上識(shí)別離子,，還可檢測(cè)單個(gè)電子量級(jí)的極低質(zhì)量差異5。將這兩種樣本稀釋于純甲苯中,，并直接注入APPI離子源中,。然后，使用質(zhì)量范圍在154−1200 m/z的正APPI電離模式,，獲得兩種樣本的FT-ICR質(zhì)譜,。

該團(tuán)隊(duì)還利用1H和13C核磁共振（NMR）波譜儀來(lái)測(cè)定TPO中的氫原子和碳原子的質(zhì)量。通過(guò)將這些信息與FT-ICR MS生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合分析,，研究人員得以估算這些復(fù)雜混合物的整體分子結(jié)構(gòu),。

APPI FT-ICR MS分析表明,，TPO和TPO[CaO]中的主要分子類(lèi)別為純碳?xì)浠衔锖秃粋€(gè)硫原子的碳?xì)浠衔铮?/font>S1）,。純碳?xì)浠衔镌?/font>TPO[CaO]中的含量（78.6%）大于在TPO中的含量（74.9%），而S1在TPO中的含量（14.3%）大于在TPO[CaO]中的含量（13.9%）,。S1化合物的含量表明,，這些分子的核心骨架結(jié)構(gòu)可能是噻吩或硫醇。根據(jù)測(cè)定,，僅TPO中存在含兩個(gè)硫原子的分子（S2,，0.43%）。FT-ICR MS的測(cè)定結(jié)果還表明,，兩種樣本中均存在大量縮合芳香結(jié)構(gòu),。

根據(jù)核磁氫譜的結(jié)果，在這兩種樣本中,，均有約80%的氫原子存在于亞甲基,、甲基、環(huán)烷基和芳基中,。碳譜結(jié)果則表明,，在TPO和TPO[CaO]中，烷烴基（包括亞甲基和甲基）中的碳原子,，以及芳基中的季碳,，共同構(gòu)成了一半以上的碳原子。

總之,，這些測(cè)定結(jié)果為我們了解TPO的組分及結(jié)構(gòu)特征提供了新的線索,，進(jìn)而有助于科研人員增強(qiáng)對(duì)TPO燃燒特性的了解,，并證明TPO作為燃料的潛力以及可能的升級(jí)途徑。

研究團(tuán)隊(duì)得出的結(jié)論是,，這兩種樣本均可用作燃料,，無(wú)需作出大幅調(diào)整。他們認(rèn)為,，通過(guò)蒸餾將TPO分離成不同的餾分,，可增強(qiáng)其在特定應(yīng)用中的潛力。此外,，蒸餾可用于將高分子量含硫化合物濃縮成剩余的重餾分,，從而改善其他餾分的特性。此外,，研究人員認(rèn)為,，與加氫脫硫等其他方法相比，氧化脫硫可能是TPO脫硫的*佳方法,，因?yàn)樗m用于芳香族硫化物,。

核磁共振是實(shí)時(shí)研究分子特性的最重要的關(guān)鍵技術(shù)。布魯克的高分辨率核磁共振波譜儀組合正在幫助各地的研究人員開(kāi)展聚合物支鏈,、交聯(lián)位置和功能性端基的研究,。他們可通過(guò)這些分析而獲得必要的洞見(jiàn)，從而探索如何將廢棄物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的產(chǎn)品（例如,，TPO）,。此外，布魯克解決方案的*性還在于,，它不僅僅專(zhuān)注于提供全面的研究?jī)x器,。例如，Minispec時(shí)域（TD）核磁共振分析儀只需使用者按一下按鈕,，即可提供對(duì)各種燃料的氫含量分析,。這項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)決定了燃料的燃燒特性，因而直接影響到排氣曲線,。

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