利用廢棄泡沫塑料煉制燃料油氣的研究性實(shí)驗(yàn)概述 市賽獲獎(jiǎng)

利用廢棄泡沫塑料煉制燃料油氣的研究性實(shí)驗(yàn)概述化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科。在中學(xué)化學(xué)活動(dòng)課中，精心挑選具有探索性和實(shí)用性的實(shí)驗(yàn)課題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)化學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。近3年我們結(jié)合有機(jī)化學(xué)教學(xué)，利用廢棄泡沫塑料在活動(dòng)課中開(kāi)展了以煉制燃油氣為主的系列研究性實(shí)驗(yàn)，取得良好教育教學(xué)的效果，現(xiàn)簡(jiǎn)介如下：1.課題名稱利用廢棄泡沫塑料煉制燃料油氣2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)對(duì)廢棄泡沫塑料的降解實(shí)驗(yàn)，探索將“白色污染物”變害為寶的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神和社會(huì)責(zé)任感。3.實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)用品：燒瓶、廣口瓶、酒精燈、量筒、鐵架臺(tái)、橡皮塞、導(dǎo)氣管、碎玻璃渣。實(shí)驗(yàn)藥品：泡沫塑料(裂化原料)、Al2O3(催化劑)、酸性KMnO4溶液、溴水(檢測(cè)試劑)。4.實(shí)驗(yàn)原理泡沫塑料的主要成分為有機(jī)高分子聚苯乙烯，屬于長(zhǎng)鏈烴類(lèi)物質(zhì)。根據(jù)石油裂化原理，選擇適當(dāng)溫度和催化劑，可將泡沫塑料降解為分子量較小、沸點(diǎn)較低的液態(tài)烴(燃油)和氣態(tài)烴(燃?xì)?。5.實(shí)驗(yàn)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?jiān)鼘?duì)容器壁的污染)，根據(jù)情況還可加入適量Al2O3或無(wú)水AlCl3作催化劑。(2)按裝置圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，A燒瓶45°傾斜安裝有利于加熱時(shí)液體餾出)。點(diǎn)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(chǎn)物。當(dāng)B瓶中不再進(jìn)入液體時(shí)，停止加熱。(3)取出B瓶中液體分別做與KMnO4溶液、溴水的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和燃燒實(shí)驗(yàn)。壓出C瓶中的氣體做與KMnO4溶液、溴水的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和燃燒實(shí)驗(yàn)。6.實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)三芯酒精燈加熱至粒料熔化時(shí)，產(chǎn)生大量氣體，待放氣結(jié)束，溫度繼續(xù)上升，當(dāng)液體升溫至220℃時(shí)開(kāi)始出油，220℃～300℃為出油高峰。持續(xù)15min～20min，出油率下降，全過(guò)程耗時(shí)35min～40min。我們分別采用加Al2O3、加無(wú)水AlCl3和不加催化劑3種形式進(jìn)行多次平行實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)結(jié)束后得到近似相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：A燒瓶?jī)?nèi)殘留少量黑色殘?jiān)?，質(zhì)量范圍4g～8g;C瓶中為無(wú)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(diǎn)燃可劇烈燃燒，無(wú)黑煙。推測(cè)應(yīng)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(guò)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(wú)色。用玻棒蘸取該油狀液體，點(diǎn)火可劇烈燃燒，放出濃煙，說(shuō)明油中含有不飽和液態(tài)烴?，F(xiàn)取3次典型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于下表：7.實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)(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?xì)?，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(guò)廢棄泡沫塑料降解煉油的實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生認(rèn)識(shí)到世界上沒(méi)有真正意義的廢物，白色污染并非無(wú)法消除，關(guān)鍵在于人們是否愿意認(rèn)真研究和努力探索，使之化“害”為利，變“廢”為寶。(2)利用化學(xué)手段將廢棄塑料變?yōu)槿加蜌獾膶?shí)驗(yàn)方法具有一定的實(shí)用價(jià)值和發(fā)展前景：從實(shí)驗(yàn)依據(jù)上看，此法借鑒了石油裂化的反應(yīng)原理，適合于烴類(lèi)高聚物等有機(jī)廢料的再生和利用;從經(jīng)濟(jì)價(jià)值上看，此法所需原料———白色污染物，來(lái)源廣泛，回收潛力大，從而能充分利用有機(jī)廢棄物，減少資源浪費(fèi);從環(huán)保角度上看，本實(shí)驗(yàn)全過(guò)程消耗化學(xué)藥品極少，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染;從能源角度看，裂化所需熱量可取自于裂化產(chǎn)物，綜合耗能少。因此是一種值得進(jìn)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(kāi)展以煉油為主的系列實(shí)驗(yàn)是學(xué)生開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)的極好素材。實(shí)驗(yàn)貼近生活，趣味性強(qiáng)，原料易得，操作簡(jiǎn)單，安全可靠，沒(méi)有污染，學(xué)生不僅可根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件靈活變化，還可將實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步擴(kuò)展。例如：可對(duì)所獲燃油繼續(xù)進(jìn)行分餾實(shí)驗(yàn);對(duì)燃?xì)獬煞肿鬟M(jìn)一步檢測(cè);選用不同塑料廢棄物進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn);還可將實(shí)驗(yàn)粒料熔化后制作化學(xué)分子模型、制粘合劑等。對(duì)廢棄泡沫塑料的研究性實(shí)驗(yàn)集科學(xué)性、趣味性、探究性和實(shí)用性于一體，通過(guò)實(shí)驗(yàn)活