熔融碱（盐）分解CFC-12研究

论文摘要

氟利昂（CFCs）的大量使用带来了破坏臭氧层和产生温室效应两大全球环境问题。解决氟利昂问题主要有三条途径,第一条途径是禁止氟利昂的生产和使用；第二条途径是开展氟利昂替代品合成的研究；第三条途径是将现有氟利昂转化为无害物质。前两条已经被付诸实践,然而对于现存的氟利昂处理和处置还存在很多问题。论文研究了一种处理氟利昂的新方法,即采用熔融碱和熔融盐分解CFC-12,在进行大量实验研究后,对反应热力学,反应动力学以及反应机理进行了探讨。采用熔融碱分解CFC-12,选择使用的碱为NaOH, CFC-12被分解成NaF、NaCl、Na2CO3、H2O等,副产物被熔融NaOH吸收,大大减少二次污染,初步实现了氟利昂无害化处理。实验得出：用熔融NaOH分解CFC-12,在没有加入水蒸气时,出口浓度先减小后增大,60min后增大到与进口浓度相同；加入水蒸气反应后,出口浓度很小,分解效率达到了99%。CFC-12分解效率随着反应中加入水蒸气量增加而增大。NaOH对CFC-12分解很重要,当反应器中不加入NaOH时,反应器进出口浓度相同；用Na2CO3代替NaOH反应时,分解效果也不理想；只有用NaOH反应时效果才很好。所以CFC-12和NaOH, CFC-12和H2O之间的反应结果不理想,当CFC-12、NaOH、H2O三者反应时,CFC-12分解效果很好。在进气浓度小于81000mg/m3时,分解效率保持在99%以上,继续增大进气浓度后,分解效率下降。分解效率随着反应温度的提高而增大。在NaOH用量小于75g时,分解效率NaOH用量的增大而增大,继续增大NaOH用量后,分解效率增大趋势变得不显著。CFC-12分解效率随着进气流量的增大而逐步减小。在最优化实验条件下,分解效率均在99%以上。该工艺能99%处理CFC-12废气的进气浓度为2%,为处理高浓度CFC-12废气开发了简单、高效技术。而且CFC-12分解产生的副产物被熔融NaOH吸收,大大减少了二次污染。进行了熔融碱分解CFC-12工艺的效益分析。采用熔融盐分解CFC-12,选定的盐为CaCl2-NaCl盐,选定的催化剂为Al2（SO4）3和CuSO4。实验得出：在有水蒸气和不加入催化剂条件下,用CaCl2-NaCl盐分解CFC-12和H2O混合气体,分解效率最高可以达到80%,加入Al2（SO4）3催化剂后,分解效率得到提高,最高提高了20%。水蒸气是熔融盐分解CFC-12的重要条件,没有水蒸气条件下,出口浓度迅速增大到与进口浓度相同,加入水蒸气反应后,出口浓度很小,分解效率达到了99%。CFC-12分解效率随着进气浓度和进气流量的增大而减小,但随着反应温度的升高而增大。而且在同等条件下,Al2（SO4）3的催化活性要高于CuSO4催化剂。采用工业4#活性炭的吸附未反应的CFC-12废气,在常温下最大吸附容量可达201mg/g。熔融碱分解CFC-12为水解反应,H2O和NaOH对CFC-12分解很重要,CFC-12主要与OH-发生水解反应。熔融盐分解CFC-12反应为催化水解反应,CaCl2-NaCl盐,CaCl2-NaCl盐+Al2（SO4）3, CaCl2-NaCl盐+CuSO4都为催化剂。计算了熔融碱分解CFC-12和熔融盐分解CFC-12两个反应式的的ΔrHθm、ΔrSθm、ΔrGθm,两者ΔrGθm都小于0,均为自发反应,但常态下反应速率很慢,必须改变条件加快反应,还从动力学角度探讨了各实验因素对CFC-12分解效率的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 研究目的意义及内容
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究内容
• 1.3 研究的创新点
• 第二章 文献综述
• 2.1 氟利昂问题
• 2.1.1 氟利昂问题的起源
• 2.1.2 氟利昂性质
• 2.1.3 氟利昂引起的环境问题
• 2.2 氟利昂问题的解决途径
• 2.2.1 禁用
• 2.2.2 替代品的研究
• 2.2.3 处理与处置
• 2.3 熔融碱研究进展
• 2.4 熔融盐研究进展
• 2.4.1 熔融盐简介
• 2.4.2 研究进展
• 2.4.3 熔融盐特点
• 2.4.4 熔融盐应用
• 2.4.5 熔融盐的安全性
• 2.4.6 熔融盐在环境保护领域应用
• 第三章 实验装置与方法
• 3.1 实验仪器和试剂
• 3.2 实验装置和流程
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 气袋配气
• 3.3.2 熔融碱分解CFC-12实验方法
• 3.3.3 熔融盐分解CFC-12实验方法
• 3.3.4 实验设计
• 3.4 分析计算方法
• 3.4.1 CFC-12的分解效率
• 3.4.2 CFC-12浓度色谱分析
• 3.4.4 氯离子分析
• 第四章 熔融碱分解CFC-12的结果与讨论
• 4.1 碱选择
• 4.2 实验条件的确定
• 4.3 水蒸气的影响
• 4.4 水蒸气量的影响
• 4.5 NaOH的影响
• 4.6 进气浓度的影响
• 4.7 反应温度的影响
• 4.8 碱用量的影响
• 4.9 进气流量的影响
• 4.10 最优化条件下反应
• 4.11 处理高浓度氟利昂
• 4.12 效益分析
• 4.13 本章小结
• 第五章 熔融盐分解CFC-12的结果与讨论
• 5.1 盐和催化剂选择
• 5.1.1 盐选择
• 5.1.2 催化剂选择
• 5.2 熔融盐的影响
• 5.3 催化剂的影响
• 5.4 水蒸气的影响
• 5.5 进气浓度的影响
• 5.6 反应温度的影响
• 5.7 进气流量的影响
• 5.8 催化剂比较
• 5.9 尾气的活性碳吸附
• 5.9.1 活性炭的预处理
• 5.9.2 吸附容量的测定
• 5.10 本章小结
• 第六章 理论分析
• 6.1 熔融碱分解CFC-12反应机理
• 6.2 熔融盐分解CFC-12反应机理
• 6.3 热力学分析
• 6.4 动力学分析
• 6.4.1 水蒸气的影响
• 6.4.2 NaOH的影响
• 6.4.3 反应温度的影响
• 6.4.4 催化作用的影响
• 6.4.5 熔融态的影响
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录