烧碱离子熔体无二恶英释放解毒对氯苯胺、五氯苯酚、二氯萘醌等含氯有机危险废物的方法研究

Generation of extremely toxic chlorine-containing organic hazardous wastes (COH) including p-chlorophenol, pentachlorophenol, dichlone increases very fast. These wastes mainly originate from dyes, pesticides, pharmaceuticals. Incineration of them may result in dioxin emission. Based on our research, Caustic Soda Ion Melt (CSIM) is very active. In certain condition, it could destroy COHs without dioxin emission. However the optimal factors and the mechanism still need further research. In this project, reaction process of p-chlorophenol, pentachlorophenol and dichlone with CSIM will be investigated. The composition, physical-chemical properties of products and byproducts, active component, conversion of chlorine will be monitored. The molecular dynamics will be simulated to imply the regulation of p-chlorophenol, pentachlorophenol and dichlone interfacial mass transfer and conversion with CSIM. That may help to find a new way for detoxification of those chlorine-containing organic hazardous waste e.g. p-chlorophenol, pentachlorophenol and dichlone.

对氯苯胺（p-Chloroaniline，PCA）、五氯苯酚（pentachlorophenol，PCP）、二氯萘醌（dichlone，DC）等含氯有机危险废物大量存在于染料、农药、药品中，产量大、毒性极强，常规的焚烧处置因二恶英控制难无法普遍应用，导致这类废物目前大量堆存处置。课题组前期研究工作表明，烧碱熔融体反应活性极强，在适当条件下，可快速摧毁含氯有机危险废物而不会产生二恶英等二次污染物。本项目拟围绕烧碱离子熔体（CSIM）高效摧毁PCA, PCP,DC而转化为无毒无害无机物的最佳条件不清、机理不明的科学问题，研究CSIM处理PCA, PCP,DC效果，分析产物理化性质、组成、活性组分、氯原子转移过程中分子碎片的迁移和动态分布，揭示烧碱熔体与PCA, PCP,DC等含氯有机危险废物的相界面传质规律，并建立反应动力学模型，为此类含氯有机危险废物无害化处理探索新的途径。

含氯有机危险废物产量大、毒性极强，常规的焚烧处置因二恶英控制难无法普遍应用。课题组围绕烧碱离子熔体（CSIM）高效脱除含氯有机危险废物中氯的问题，开发了二元熔盐49%NaOH-51%KOH体系。通过相图分析和热重（TG-DSC）测试发现，二元NaOH-KOH能形成共晶，存在最低共熔点。300℃时的熔融NaOH-KOH的密度为2.78 g/cm3，比热容为10.69 J/(g∙K)，热膨胀系数为2.16 g/cm3，适合作为含氯有机物处理的媒介。利用实验室规模的熔融盐反应器，研究了熔融NaOH-KOH对三氯苯TCB的脱氯作用。当反应温度为600 ℃，空气过剩系数2.87，碱料比47.13时，氯保持率CRE可达99.8%。ANOVA分析揭示CRE受碱料比和温度的影响最为显著。对TCB脱氯反应完成后的熔渣进行分析发现，熔渣中的二噁英总量为5.6 ng TEQ/kg，远远小于常规焚烧飞灰中的二噁英含量。基于密度泛函理论（DFT），利用高斯软件计算了三氯苯及其脱氯降解过程中各中间产物和反应的反应能，结果表明低温熔体主要通过热活化、吸附进攻、酸碱中和三个阶段反应对有机氯进行去除。在熔体体系中添加氢供体，可以增强脱氯效果。并在分析了低温熔融盐处理含氯有机物的原料适用性基础上，设计了无机熔体脱氯解毒工艺流程。.以实际的有机危险废物-工业废盐为对象，分析有机废盐采用低温碱性熔体热处理过程动力学行为。结果表明碱性熔体可有效的捕捉酸性气体，降低酸性气体的排放。熔融盐氧化过程过程中最适反应温度为500-600℃，最佳空气过剩系数为1.0-1.2，此时残渣中的TOC浓度小于8 mg/L，可直接回收利用。.基于本课题的研究，共发表SCI论文3篇，2篇中文论文，获得发明专利授权1项，另外申请发明专利1项，进入实质性审查阶段，获得教育部二等奖1项，培养博士1名，硕士1名。