指示物与二恶英生成关联机理研究及其在线监测

论文摘要

能源生产和环境保护是当今社会面临的两大挑战，废弃物资源化利用过程中持久性有机物二次污染备受瞩目。二恶英是危害性最强的持久性有机污染物，对环境和人类危害极大。随着国内外学者对二恶英生成和控制研究的不断深入，寻求一种快速准确的二恶英检测方法成为一个新的研究热点。本文主要开展了二恶英在线实时监测技术的基础性研究工作，重点研究多环芳烃作为二恶英在线检测替代物（指示物）的可行性。主要研究内容如下：1)选取多环芳烃苊，研究了在不同模拟飞灰催化以及气氛中存在氯气的情况下生成二恶英的分布特性，同时结合热重分析和反应后残渣的X-射线衍射分析，研究了催化剂在多环芳烃生成二恶英过程中的作用机理。结果表明，二恶英生成总量大小依次为CuCl2／Cl2，CuCl2／FeCl3，CuCl2，CuO／CuCl2。各氯源的供氯能力Cl2>FeCl3>CuCl2，反应过程中金属氯化物通过金属配位体提供氯。2)研究了各种多环芳烃在燃后低温区条件下催化生成二恶英同系物分布特性，揭示其反应途径。多环芳烃主要发生从头合成反应生成二恶英，生成二恶英以PCDFs为主。芴、菲、联苯生成PCDFs占PCDD／Fs总量达95％以上，芘为92％，蒽和萘相对较低，也都达到81％；化学结构中具有联苯结构部分的芴、菲和联苯生成PCDFs的量要大大高于不具有联苯结构的蒽和萘。芘具有联苯结构，但是在低温区发生分子结合增长反应，生成soot；高环多环芳烃裂解生成PCDFs以菲结构和联苯结构为中间产物。3)研究了炉排炉和流化床炉两种大型垃圾焚烧炉多环芳烃和二恶英的排放特性。在此基础上，应用数学统计方法对多环芳烃和二恶英的排放进行了相关性分析。结果显示，以萘和芴与二恶英的关联性最好，其中萘与二恶英总量相关系数为r2=0．7326，与二恶英毒性当量相关系数为r2=0．7443。萘、芴和苯并芘与二恶英总量多元线性回归与二恶英总量相关系数达r2=0．8120。4)采用飞行时间质谱仪对多环芳烃纯物质挥发和实际烟气中有机化合物进行了在线检测。结果表明，飞行时间质谱仪对多环芳烃、氯苯、氯酚等二恶英指示物响应性良好，能够满足在线检测需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 二恶英理化特性、来源及排放标准
• 1.3 二恶英的生成机理
• 1.4 二恶英分析检测技术发展
• 1.5 二恶英在线监测技术路线及本文研究内容
• 1.5.1 二恶英在线监测技术路线
• 1.5.2 本文的研究内容
• 参考文献
• 第二章 模拟飞灰、氯气和多环芳烃结构对多环芳烃合成二恶英的影响
• 2.1 研究背景
• 2.1.1 多环芳烃发生de novo合成反应的影响因素
• 2.2 试验部分
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 实验装置
• 2.2.3 试验方法
• 2.3 试验结果和讨论
• 2.3.1 不同模拟飞灰和气氛作用下苊生成二恶英分布
• 2.3.2 不同多环芳烃生成二恶英分布比较
• 2.3.3 苊生成二恶英过程催化剂和氯气作用机理
• 2.4 本章小结与讨论
• 参考文献
• 第三章 催化剂作用下不同结构多环芳烃生成二恶英的机理研究
• 3.1 研究背景
• 3.2 试验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 试验过程
• 3.3 实验结果和讨论
• 3.3.1 不同结构多环芳烃生成17种有毒PCDD/Fs总量
• 3.3.2 不同结构多环芳烃生成PCDD/Fs同系物比较
• 3.3.3 多环芳烃向PCDFs的转化途径
• 3.4 本章小结与结论
• 参考文献
• 第四章 垃圾焚烧炉多环芳烃和二恶英的排放特性及其关联关系
• 4.1 研究背景
• 4.1.1 二恶英指示物（surrogates）
• 4.1.2 指示物与二恶英关联模型
• 4.2 试验部分
• 4.2.1 试验工况
• 4.2.2 试验方法
• 4.2.3 相关计算公式
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 垃圾焚烧炉二恶英与多环芳烃排放特性
• 4.3.2 多环芳烃与二恶英关联关系
• 4.4 本章小结与讨论
• 参考文献
• 第五章 二恶英指示物在线检测研究
• 5.1 研究背景和研究现状
• 5.2 试验所采用飞行时间质谱仪介绍
• 5.3 飞行时间质谱仪检测结果
• 5.3.1 多环芳烃纯物质挥发的在线检测
• 5.3.2 对实际燃烧烟气的在线检测
• 5.4 本章小结与讨论
• 参考文献
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 本文不足之处及展望
• 附录
• 致谢