利用廢棄泡沫塑料煉制燃料油氣的研究性實驗概述 市賽獲獎

利用廢棄泡沫塑料煉制燃料油氣的研究性實驗概述化學是以實驗為基礎的自然學科。在中學化學活動課中，精心挑選具有探索性和實用性的實驗課題，引導學生通過實驗學習化學，是培養(yǎng)學生的實驗探究能力和科學素養(yǎng)的重要途徑。近3年我們結合有機化學教學，利用廢棄泡沫塑料在活動課中開展了以煉制燃油氣為主的系列研究性實驗，取得良好教育教學的效果，現(xiàn)簡介如下：1.課題名稱利用廢棄泡沫塑料煉制燃料油氣2.實驗目的通過對廢棄泡沫塑料的降解實驗，探索將“白色污染物”變害為寶的方法，培養(yǎng)學生的科學探究精神和社會責任感。3.實驗材料實驗用品：燒瓶、廣口瓶、酒精燈、量筒、鐵架臺、橡皮塞、導氣管、碎玻璃渣。實驗藥品：泡沫塑料(裂化原料)、Al2O3(催化劑)、酸性KMnO4溶液、溴水(檢測試劑)。4.實驗原理泡沫塑料的主要成分為有機高分子聚苯乙烯，屬于長鏈烴類物質。根據(jù)石油裂化原理，選擇適當溫度和催化劑，可將泡沫塑料降解為分子量較小、沸點較低的液態(tài)烴(燃油)和氣態(tài)烴(燃氣)。5.實驗步驟(1)將泡沫塑料碎塊在火焰上熔成顆粒狀。向燒瓶中加入10g碎玻璃渣，稱取所熔粒料40g放于玻璃渣之上。(加較多的玻璃渣既可防止溶液暴沸，又可減少殘渣對容器壁的污染)，根據(jù)情況還可加入適量Al2O3或無水AlCl3作催化劑。(2)按裝置圖安裝好實驗裝置，A燒瓶45°傾斜安裝有利于加熱時液體餾出)。點燃三芯酒精燈，迅速加熱至200℃以上，用B瓶和C瓶分別收集液態(tài)、氣態(tài)裂化產物。當B瓶中不再進入液體時，停止加熱。(3)取出B瓶中液體分別做與KMnO4溶液、溴水的性質實驗和燃燒實驗。壓出C瓶中的氣體做與KMnO4溶液、溴水的性質實驗和燃燒實驗。6.實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析取40g廢棄泡沫塑料熔成的粒料，按圖中裝置進行實驗。當三芯酒精燈加熱至粒料熔化時，產生大量氣體，待放氣結束，溫度繼續(xù)上升，當液體升溫至220℃時開始出油，220℃～300℃為出油高峰。持續(xù)15min～20min，出油率下降，全過程耗時35min～40min。我們分別采用加Al2O3、加無水AlCl3和不加催化劑3種形式進行多次平行實驗，反應結束后得到近似相同的實驗結果：A燒瓶內殘留少量黑色殘渣，質量范圍4g～8g;C瓶中為無色氣體，體積范圍320mL～400mL。該氣體不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色，但點燃可劇烈燃燒，無黑煙。推測應為飽和氣態(tài)烴;B瓶中為油狀液體，體積范圍35mL～40mL，液體顏色受裂化過程溫度的影響可以為橙紅、橙黃或黃色，略顯渾濁，有特殊氣味。取少許液體滴入酸性KMnO4溶液中，紫紅色消褪;滴入溴水中，溴水層褪為無色。用玻棒蘸取該油狀液體，點火可劇烈燃燒，放出濃煙，說明油中含有不飽和液態(tài)烴?，F(xiàn)取3次典型實驗數(shù)據(jù)列于下表：7.實驗評價(1)白色污染是全球性一大環(huán)境公害。利用石油裂化的原理，可將廢棄泡沫塑料降解為液態(tài)烴(燃油)和氣態(tài)烴(燃氣)，從而使難以消除的白色污染物變?yōu)榭捎玫娜剂匣蚧ぴ?。通過廢棄泡沫塑料降解煉油的實驗，可使學生認識到世界上沒有真正意義的廢物，白色污染并非無法消除，關鍵在于人們是否愿意認真研究和努力探索，使之化“害”為利，變“廢”為寶。(2)利用化學手段將廢棄塑料變?yōu)槿加蜌獾膶嶒灧椒ň哂幸欢ǖ膶嵱脙r值和發(fā)展前景：從實驗依據(jù)上看，此法借鑒了石油裂化的反應原理，適合于烴類高聚物等有機廢料的再生和利用;從經(jīng)濟價值上看，此法所需原料———白色污染物，來源廣泛，回收潛力大，從而能充分利用有機廢棄物，減少資源浪費;從環(huán)保角度上看，本實驗全過程消耗化學藥品極少，且不會產生二次污染;從能源角度看，裂化所需熱量可取自于裂化產物，綜合耗能少。因此是一種值得進一步研究和推廣的廢料再生處理方法。(3)利用塑料廢棄物開展以煉油為主的系列實驗是學生開展研究性學習的極好素材。實驗貼近生活，趣味性強，原料易得，操作簡單，安全可靠，沒有污染，學生不僅可根據(jù)實驗條件靈活變化，還可將實驗進一步擴展。例如：可對所獲燃油繼續(xù)進行分餾實驗;對燃氣成分作進一步檢測;選用不同塑料廢棄物進行降解實驗;還可將實驗粒料熔化后制作化學分子模型、制粘合劑等。對廢棄泡沫塑料的研究性實驗集科學性、趣味性、探究性和實用性于一體，通過實驗活