砂型铸造挥发性有机物与危险性空气污染物源头削减技术研究

本课题研究砂型铸造挥发性有机物与危险性空气污染物的源头削减技术，根据清洁生产的指导思想，研究采用经济环保的新型铸造原材料和改进铸造工艺等手段从源头上降低铸造空气污染物的技术。（1）采用实验室模拟试验和现代分析技术，研究砂型铸造原材料的热解反应，空气污染物的产生机理、特征和水平，创建原材料的空气污染物清单，为原材料生产企业研制更为经济环保的新型原材料和铸造企业选用清洁原材料进行生产提供理论指导，从源头削减铸造过程产生的空气污染物；（2）研究砂型铸造的改进工艺，重点是高级氧化处理减少砂型铸造空气污染物的机理研究，优化高级氧化工艺，强化高级氧化处理减少铸造空气污染物的性能。本课题是国内首次开展砂型铸造挥发性有机物与危险性空气污染物的源头削减技术研究，对解决我国铸造业的空气污染问题，特别是中小型铸造企业的空气污染问题具有十分重要的意义，研究成果具有重要的理论意义和广泛的应用前景。

本项目自2011年1月启动，至2013年12月结束，历时3年，圆满完成了项目的研究目标和任务。建立和完善了模拟铸造过程造型材料热解反应和分析空气污染物的分析裂解方法，开发了裂解仪-气相色谱质谱联用，热重分析仪-质谱联用，以及热重分析仪-吸附/脱附-色谱质谱联用等多种方法，用于模拟造型材料在铸造过程中的复杂热解反应，并对热解空气污染物进行定性和定量分析。使用所开发的分析裂解技术，系统研究了我国典型铸造造型材料（煤粉、呋喃树脂、酚醛树脂等）的热解反应过程和空气污染物特征，创建了多种造型材料的热解空气污染物清单，为指导铸造企业选用清洁造型材料进行生产，降低铸造过程空气污染物提供了基础数据参考。深入研究了煤粉、呋喃树脂热解危险空气污染物的来源和产生途径，并在此基础上，提出了使用纤维素替代煤粉作为型砂的碳添加剂以降低铸造空气污染物的思路，开发了以甲基磺酸为固化剂的新型呋喃树脂。研究结果表明，使用纤维素替代煤粉可以降低铸造过程50-90%以上的危险空气污染物产生量；使用开发的甲基磺酸呋喃树脂替代传统的呋喃树脂作为型砂粘结剂，可以降低铸造过程66%以上的危险空气污染物产生量。研究了高级氧化处理降低煤粉热解时空气污染物产生量的机理，为改进和优化高级氧化系统，进一步降低煤粉在铸造过程产生危险空气污染物提供了指导。在原有Sonoperoxone™高级氧化技术的基础上，自主研发了electro-peroxone技术，提高了系统产生羟基自由基的效率，降低了高级氧化处理的能耗，增进了对高级氧化技术的科学认识。. 在本项目的支持下，获得了丰硕的研究成果。迄今为止发表期刊论文10篇，其中SCI论文8篇，中文核心期刊论文2篇；研究成果申请发明专利2项；积极参加国内和国际学术交流，发表会议论文1篇。相关研究成果获得了国际同行的认可和高度评价。在本项目和其他项目的联合资助下，完成培养博士后2名，工学博士1名工学硕士4名，积极推动了相关环境领域的人才培养工作。