钢铁烧结过程中UPOPs的源头控污和低毒性产物削减方法与原理

Unintentionally persistent organic pollutants (UPOPs) produced in iron ore sintering process are one of the most significant sources of the UPOPs emission in China. Inhibition of UPOPs is one of the significant issues to control the national emission growth of pollutants in iron and steel industries, to fulfill the basic requirements of the Stockholm Convention. This research aims at investigating the inhibiting effects of N-based inhibitors, S-based inhibitors and N-S-based inhibitors on the formation of UPOPs, comparing the inhibiting effect of macromolecule N-S based inhibitors developed by ourselves, and inhibiting efficiency of UPOPs in iron ore sintering, in order to explore the fingerprint characteristics and reducing pathway of UPOPs, and the blocking mechanism of inhibitors in the inhibition process. This research will propose valence and electronic structure changes of carbon skeleton, N, S, Cl and major metal elements, and their effect on the formation of UPOPs in iron ore sintering process. It will propose the source-blocking mechanism of UPOPs and directionally low-toxic induction mechanism of secondary products, and then verify the inhibition mechanism of UPOPs by chemical reaction kinetics and thermodynamics. This research will propose reliable source-blocking methods of UPOPs and eventually provide the theoretical basis for source control and emission reduction of pollutants in the iron ore sintering process.

钢铁烧结过程无意产生类持久性有机污染物（UPOPs）是目前我国UPOPs排放的最主要来源之一，其生成抑制是我国控制钢铁行业污染物排放增长、履行斯德哥尔摩公约的重要问题。本课题针对此现状拟研究N基、S基、N-S基抑制剂的性能，并与自行开发研制的高分子型N-S基抑制剂进行比对，研究烧结过程UPOPs的生成抑制效果和作用，探索抑制过程中UPOPs的指纹结构特征、削减路径以及抑制剂的阻滞钝化规律，旨在揭示钢铁烧结过程碳骨架、N、S、Cl以及主要金属元素在化学反应中的价态和电子结构变化规律，从而引起的UPOPs生成变化特征和作用机理，提出UPOPs的源头阻滞钝化机制和二次产物的低毒性定向诱导机理，利用化学反应动力学和热力学对UPOPs抑制反应进行验证和反演，提出铁矿石烧结过程的可靠性UPOPs源头减排手段，为钢铁烧结过程的污染物源头控污和减排措施提供理论依据。

无意产生类持久性有机污染物（UPOPs）对人体健康和环境都具有极大的危害，钢铁烧结过程是目前我国UPOPs排放最主要的来源之一，占总排放量的14.88%。本项目主要研究了钢铁烧结过程中UPOPs的生成阻滞机理，分析了N、S与Cl元素在烧结过程中的竞争反应机制，不同抑制剂添加后UPOPs生成量以及产物组分分布，水蒸气对抑制剂效果的影响，阐明了抑制剂对UPOPs生成阻滞的反应机理与反应路径。.具体研究内容和获得的主要结论如下：（1）硫脲甲醛高分子添加量为2wt.%时二噁英（PCDD/Fs）的抑制效率最高为99.9%，对氯苯（CBzs）抑制了为97.6%；（2）硫脲甲醛高分子中S元素和N元素都起抑制作用，但是S元素起主导作用，倾向于抑制固相中高氯代产物的生成；（3）水蒸气的存在对CBzs和PCDD/Fs的生成具有显著的抑制作用，对多氯联苯（PCBs）的生成却具有显著的促进作用。（4）当二乙醇胺抑制剂添加量为2 %时对PCDD/Fs的生成阻滞效果最大为99.93%（生成量）和99.8%（I-TEQ），且更倾向于抑制PCDFs的生成。（5）抑制剂主要通过四种机理来实现抑制作用①含氮分解产物消耗氯源，阻滞芳香族化合物的氯化；②分解产物S/SO2/CS2与前驱物氯酚等发生磺化反应，生成二苯并噻吩或二苯并噻蒽；③含硫分解产物与催化剂CuCl2反应，降低其催化活性；④含硫/氮分子带有孤对电子，与过渡金属铜生成稳定化合物，使催化剂作用削弱甚至失活；（6）分子中(S+N)/Cl的摩尔比越高对UPOPs生成组织效果越好。.本项目实验结果探明了钢铁烧结过程中UPOPs的生成阻滞机理，分析了N、S、Cl、C以及烧结原料中金属等元素在化学反应中的价态和电子结构变化规律，阐明了低毒性产物定向诱导机制和UPOPs阻滞机理，为钢铁烧结过程中UPOPs生成阻滞与减排提供了理论依据。