含氮硫插层水滑石对垃圾焚烧二噁英前驱物生成的阻滞机制研究

Dioxin emission has attracted more attention during MSW incineration. Inhibitors could inhibit dioxin formation effectively during MSW incineration. However, previous studies have shown that the inhibitory effects of the inhibitors are weak due to a single functional group or no synergistic effect between functional groups in their structure. Therefore, in this funding, N- and S-containing compound is expected to be intercalated into Ca-Al layered double hydroxide to produce a new inhibitor (N,S-LDH) of dioxin formation, and there are three functional groups in its structure. The inhibitory effects of N,S-LDH on dioxin precursors formation will be investigated by utilizing the furnace tube and pilot-scale experiment. The inhibition ratios for dioxin precursors formation by each functional group will be studied. The synergistic inhibition mechanisms of each functional group in the structure of N,S-LDH will be demonstrated by isotopic tracing and X-rays quantitative analysis technologies. The theory basis and technical support for developing efficient inhibitors will be provided by this funding.

垃圾焚烧过程中二噁英类物质的排放受到广泛关注。添加抑制剂阻断二噁英前驱物生成途径是控制这类物质排放的有效方式。现有抑制剂由于功能基团单一或基团之间无协同作用，不能彻底控制二噁英前驱物生成途径，致使二噁英类物质生成的高效阻滞难以实现。为了解决此问题，本研究拟以钙铝水滑石材料为基体，采用层间与层板调控技术手段，制备含硫、氮和羟基多功能基团的抑制剂——含氮硫插层水滑石，阻滞二噁英前驱物生成；通过管式炉模拟和热分析实验，研究含多功能基团抑制剂对垃圾焚烧二噁英前驱物生成的抑制效应，揭示各功能基团对二噁英前驱物生成的抑制规律；运用同位素示踪和光谱分析等技术，探索多种功能基团的协同阻滞机制，为高效二噁英类物质抑制剂的开发提供理论依据和技术支持。

垃圾焚烧过程中二噁英类物质的排放受到广泛关注。“从头合成”是二噁英类物质生成的重要途径，在以氯化铜为主的金属氯化物催化作用下，碳源先向—氯苯、氯酚等二噁英前驱物转化，然而目前前驱物生成规律及机理仍认识不是很透彻。因此，本研究利用模拟热过程实验，探究焚烧处理过程中二噁英前驱物—氯苯生成规律及机理，为发展二噁英类物污染的控制技术方法的理论基础。. 另外，添加抑制剂阻断二噁英前驱物生成途径，是控制这类物质排放的有效方式。但是，由于功能基团存在由阻滞机制决定的局限性，使得已有的抑制剂难以彻底阻断二噁英前驱物的生成途径，从而影响阻滞效果。因此，研究基于氯苯生成机制和功能基团的阻滞机制，开发含硫、氮和羟基三种功能基团的含氮硫插层水滑石抑制剂，并研究抑制规律和机理，为其它抑制剂的开发和筛选提供了方法学依据。. 本项目的研究内容及结论主要有以下几个方面：. 以CuCl2·2H2O作为催化剂，在300℃条件下，氯苯生成量最高达到123.5ng/g，且主要为五氯苯；从低氧气氛到空气气氛，氯苯生成量上升到145.6ng/g，增加了17.8%，表明提升氧含量可以促进氯苯生成。在整个生成过程中，CuCl2·2H2O脱去水生成CuCl2并逐渐脱氯向CuCl和CuO转化，也伴随着Cu(OH)Cl和Cu2Cl(OH)3的产生，整个过程完成了脱氯-氧氯化作用的循环过程。氯苯的主要形成途径为：活性炭先转化为苯，生成一氯苯，由一氯苯转化为1,2-氯苯，由1,2-二氯苯转化为1,2,3-三氯苯，由1,2,3-三氯苯一部分转化为1,2,3,4-四氯苯，由1,2,3,4-四氯苯转化为五氯苯，最后五氯苯转化为六氯苯。. 开发了三类抑制剂，包括5种氮硫插层水滑石抑制剂、两种重金属基水滑石和3种多孔锰氧化物抑制剂。焚烧实验研究发现：惰性气氛下，氮硫插层水滑石材料作为抑制剂，固相中氯苯生成抑制率均达到90%以上；而空气气氛下，仅磺酰胺插层Ca2Al-LDH对氯苯生成抑制了达到96%以上。机理实验研究表明：N,S-LDH中存在氮、硫、羟基三种功能基团，均起到了抑制作用。但在惰性气氛下，羟基基团起重要作用；空气气氛下，氮基团起主要作用。