碳结构对氯酚生成影响的研究

发布时间：2017-04-26 20:01

  本文关键词：碳结构对氯酚生成影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文通过设计并进行一组正交实验,对焚烧过程中氯酚的生成机理进行较全面的研究。主要研究碳形态的差异对从头合成的影响,同时考虑氧气浓度、水汽浓度以及反应温度的影响。为了模拟垃圾焚烧炉飞灰中的残炭结构,制备了4种不同的炭黑。其中乙炔炭黑为乙炔在纯氮气气氛中热裂解炭黑,2乙炔加氧炭黑为乙炔在10%氧气气氛下热裂解炭黑,氯苯炭黑为氯苯在纯氮气气氛中热裂解炭黑,可以模拟焚烧炉燃烧工况恶劣区域不同成分有机物生成的炭黑；开放式燃烧炭黑为模拟城市生活垃圾开放式焚烧收集的炭黑。利用SEM、EDS、XPS等先进检测手段对炭黑的结构进行表征,得到四种炭黑元素质量组成、表面颗粒形态、粒径大小、孔隙形态以及表面元素价态等数据。结果显示炭黑颗表面更易发生氧化,含更多的氧元素,且氧化主要发生在链烃碳上。同时检测炭黑中的PAHs、PCDD/F以及PCB的浓度,结果表明乙炔是PAHs生成以及碳环结构增长的关键物质,氧气对PAHs的生成以及炭黑颗粒增长有一定抑制作用;氯苯热解的炭黑PAHs浓度最低,且含较高比例的链烃碳,与其含一定的C-CI键以及缺乏乙炔有关。开放式燃烧炭黑含非常高含量的有机污染物：PAHs毒性当量为88.645 μg TEQ/g,具有致癌性的PAHs,总浓度为1.44mg/g, PCDD/F毒性当量高达7.682 ng Ⅰ-TEQ/g,该研究对开放式燃烧污染物排放特性的研究提供了有价值的数据支持。基于四种炭黑配置含C 10%、Cl 10%以及Cu 0.09%的模拟飞灰结合正交实验设计的工况进行氯酚生成研究。结果影响氯酚从头生成的最主要因素为碳源的差异,其次为温度的变化。结果显示氯苯炭黑对氯酚的生成活性最强,认为其高活性与较高含量的链烃碳以及C-C1键相关；比较乙炔炭黑、乙炔加氧炭黑以及开放式燃烧炭黑的氯酚产量发现炭黑颗粒大小,孔隙分布以及表面氧化程度对其从头合成的影响并不显著；350℃和500℃附近为氯酚生成活性较高的温度窗口,在250～350℃以及450～500℃两个温度范围内提高温度有助于脱氯反应的发生；在水汽浓度10%和20%的工况下氯酚产量均较高,由于H2O对从头合成反应的影响存在争议,后续的研究需综合考虑H20,02以及催化剂的影响。
【关键词】：氯酚 二VA英 碳形态 从头生成 开放式燃烧
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X705
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 符号表8-14
• 第一章 绪论14-38
• 1.1 生活垃圾焚烧炉中的氯酚14-20
• 1.1.1 氯酚的理化特性14-15
• 1.1.2 氯酚在生活垃圾焚烧炉中浓度15-16
• 1.1.3 氯酚、氯苯以及二VA英浓度之间关系16-17
• 1.1.4 氯酚同系物分布特性17-18
• 1.1.5 原生垃圾中氯酚的含量18
• 1.1.6 烟气净化设施中氯酚浓度变化18-19
• 1.1.7 记忆效应对氯酚浓度的影响19-20
• 1.2 生活垃圾焚烧炉中氯酚生成机理20-26
• 1.2.1 氯酚源自残炭的从头合成机理20-21
• 1.2.2 源自多环芳烃的从头合成反应21-23
• 1.2.3 小分子缩合生成氯酚23-24
• 1.2.4 氯苯催化氧化生成氯酚24-26
• 1.3 氯酚生成二VA英机理26-35
• 1.3.1 氯酚生成二VA英的速率26-28
• 1.3.2 高温气相反应28-30
• 1.3.3 氯酚前驱物反应生成二VA英30-33
• 1.3.4 氯酚与从头合成生成二VA英33-34
• 1.3.5 二VA英生成的综合路径34-35
• 1.4 从头合成机理影响因素研究现状35-36
• 1.5 本文研究内容36-38
• 第二章 模拟飞灰的制备以及氯酚检测方法38-44
• 2.1 模拟飞灰的制备以及实验工况确定38-41
• 2.1.1 炭黑的制备38-41
• 2.2 氯酚的收集检测方法41-44
• 2.2.1 检测仪器与试剂41
• 2.2.2 固体样品的预处理41
• 2.2.3 氯酚/氯苯的分离纯化41-42
• 2.2.4 仪器测量条件42
• 2.2.5 标准曲线的制定以及回收率校验42-44
• 第三章 炭黑颗粒微观结构表征44-55
• 3.1 炭黑元素成分分析44-45
• 3.2 炭黑颗粒物形态分析45-49
• 3.2.1 炭黑SEM分析45-47
• 3.2.2 比表面积分析47-49
• 3.3 炭黑表面元素价态分析49-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 炭黑有机成分分析及其生成机理研究55-67
• 4.1 炭黑中多环芳烃浓度及分布55-59
• 4.2 炭黑中二VA英类物质浓度及分布59-63
• 4.2.1 炭黑中PCDD/F同系物分布特性59-62
• 4.2.2 炭黑中PCB同系物分布特性62-63
• 4.3 炭黑生成机理63-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第五章 基于模拟飞灰的氯酚从头生成机理的研究67-80
• 5.1 从头合成反应实验装置67-69
• 5.2 模拟飞灰的配置实验工况的设定69-71
• 5.3 实验结果分析71-78
• 5.3.1 温度对氯酚从头合成的影响74-75
• 5.3.2 水汽浓度对氯酚从头合成的影响75-76
• 5.3.3 氧气浓度对氯酚从头合成的影响76-77
• 5.3.4 基于不同炭黑的飞灰对氯酚从头合成的影响77-78
• 5.4 本章小结78-80
• 第六章 结论与展望80-83
• 6.1 本文总结80-81
• 6.2 主要创新点81-82
• 6.3 不足之处以及研究展望82-83
• 参考文献83-92
• 作者简历92

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