【摘 要】
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针对垃圾焚烧过程二噁英阻滞剂抑制机理认识不足和工程应用阻滞效果不明显等问题,开发廉价高效新型磷基阻滞剂。本文通过文献调研分析,对磷基化合物进行筛选整理,开展了以磷酸二氢铵和磷酸二氢钾为代表的磷基阻滞剂的抑制机理实验及工程应用试验研究,得到了有参考价值的研究结论,主要包括以下几点:(1)本文研究了两种磷基阻滞剂磷酸二氢铵、磷酸二氢钾以及硫氮基阻滞剂硫脲对二噁英从头合成的抑制效果,8%的硫脲与磷酸二氢
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针对垃圾焚烧过程二噁英阻滞剂抑制机理认识不足和工程应用阻滞效果不明显等问题,开发廉价高效新型磷基阻滞剂。本文通过文献调研分析,对磷基化合物进行筛选整理,开展了以磷酸二氢铵和磷酸二氢钾为代表的磷基阻滞剂的抑制机理实验及工程应用试验研究,得到了有参考价值的研究结论,主要包括以下几点:(1)本文研究了两种磷基阻滞剂磷酸二氢铵、磷酸二氢钾以及硫氮基阻滞剂硫脲对二噁英从头合成的抑制效果,8%的硫脲与磷酸二氢铵均表现出对飞灰从头合成17种毒性二噁英有显著的抑制效果,对二噁英生成浓度的阻滞效果分别为97.2%与98.2%,对毒性当量的阻滞效果也分别高达96.4%与96.7%。利用XPS与XRD探究阻滞剂对飞灰中碳、氯、催化金属形态特征变化的影响,利用热力学计算软件HSC Chemistry 6.0对二噁英从头合成反应及抑制生成反应过程中的催化金属和氯源等关键因素在低温段不同温度下的平衡浓度以及物质转化关系进行模拟,从而探究各类阻滞剂的抑制机理。结果表明,磷基阻滞剂中的磷可与氯化铜反应,生成稳定的Cu2P2O7,降低二噁英催化活性,同时硫脲中的硫也能与氯化铜反应,生成Cu S/Cu2S,使催化剂失活,从而抑制二噁英生成。磷酸二氢铵与硫脲中的氮生成氨气,与Cl2反应,生成氯化能力弱的HCl,削弱碳氯化反应,抑制二噁英或其前驱物的生成。(2)本文选取了氧化钙、尿素、碳酸氢钠,分别与磷酸二氢铵和磷酸二氢钾进行耦合,探究磷基耦合碱基阻滞剂对飞灰从头合成二噁英的影响。同时,也利用热重-傅里叶变换红外光谱(TF-FTIR)分析添加阻滞剂的飞灰样在连续升温过程中的失重情况并检测其分解产物,从而来分析磷基耦合碱基阻滞剂的阻滞机理。结果表明,4%磷酸二氢钾耦合4%氧化钙、尿素、碳酸氢钠后,抑制二噁英从头合成的能力显著提高。耦合氧化钙后对二噁英的抑制效率从-699.7%提高到了84.98%,耦合尿素后将抑制效率提高至-152.1%,而耦合了碳酸氢钠后也能将抑制效率提高至59.75%。并且将磷酸二氢钾与三种碱基耦合都能显著地降低二噁英的氯代程度。4%磷酸二氢铵耦合4%氧化钙、尿素、碳酸氢钠后,抑制效率与纯磷酸二氢铵相比,稍稍有所降低。与单纯添加磷酸二氢铵(98.45%)相比,对2,3,7,8位取代的二噁英抑制率稍降低为97.15%,耦合尿素后抑制效率降低为为84.68%,耦合碳酸氢钠后抑制效率降低为82.41%。热重-傅里叶变换红外结果表明,添加磷酸二氢铵、磷酸二氢铵耦合氧化钙、硫脲的模拟飞灰在持续受热分解后,平衡重量高于纯模拟飞灰,说明阻滞剂中的成分与模拟飞灰反应生成稳定的、不易分解的物质,使得平衡重量上升。红外光谱检测到SO2和NH3的吸收峰。因此,硫脲与磷酸二氢铵可能通过分解出SO2和NH3两种气体阻滞二噁英合成。(3)本文对国内三台应用磷基阻滞剂的典型生活垃圾焚烧炉飞灰中二噁英进行分析,分析阻滞剂对实际飞灰中二噁英的浓度及分布特性的影响,并对磷基、碱基阻滞剂做了经济性分析。结果表明,添加各类阻滞剂后,对三台炉飞灰中二噁英抑制效果有差异。阻滞剂对炉A飞灰中2,3,7,8位氯取代的PCDD与PCDF抑制效率分别为76.34%与76.25%。阻滞剂对炉B飞灰中2,3,7,8位氯取代PCDD与PCDF的阻滞效率为67.85%与49.52%。而阻滞剂对炉C飞灰中2,3,7,8位氯取代PCDD与PCDF的阻滞效率为19.16%与30.58%。采用磷酸二氢铵、氧化钙等对传统阻滞剂硫脲进行掺混,可以减小投放阻滞剂的运行成本,同时也能保证较好的二噁英阻滞效果。以上研究为磷基阻滞剂的工业应用提供重要的参考价值。
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