磷基耦合碱性材料协同阻滞垃圾焚烧二恶英生成机理研究

How to solve the dioxin emission problem of common concern is the key to solve the social problem of the "neighbors staying away effect" from the municipal solid waste incineration (MSWI) plant. However, the traditional methods of dioxin emission control are difficult to achieve the national standard of dioxin emission. The project proposes a new method of phosphorus-based coupling alkaline materials to inhibit the formation of dioxin during the process of MSWI to achieve low emission of dioxin. The research contents are as follows: experimental study on the influence of phosphorus-based on dioxin formation under different atmosphere, temperature, amount and addition conditions, mechanism study on the influence of phosphorus-based coupling alkaline materials on dioxin formation under different atmosphere, temperature, amount and addition conditions, and the research on kinetics model of dioxin formation and inhibition reaction, etc. Through the innovative research project, we can obtain the distribution characteristics of dioxin homologues and the morphological characteristics of key factors in fly ash, such as carbon, chlorine and catalytic metals, find out the main mechanism of phosphorus-based coupling alkaline materials to inhibit dioxin formation. Based on the chemical thermodynamics data of dioxin in controllable atmosphere, a reactive kinetics model was established. Finally, an efficient method for the simultaneous inhibition of dioxin formation by phosphorus-based coupling alkaline materials was established to provide a theoretical basis for dioxin emission control from actual municipal solid waste incinerators.

如何解决备受关注的二恶英污染问题，是解决焚烧厂“邻避效应”社会问题的关键，但传统的二恶英排放控制方法很难实现垃圾焚烧过程二恶英的达标排放。本项目创新性提出了磷基耦合碱性材料协同阻滞垃圾焚烧过程二恶英生成的新方法，实现二恶英的低排放。研究内容主要包括：开展不同气氛、温度、添加量和添加方式条件下磷基阻滞二恶英生成的试验研究，开展碱性材料协同磷基阻滞二恶英生成的试验及机理研究，开展二恶英生成和阻滞反应的动力学模型研究等。通过本项目研究，掌握二恶英同系物分布特征和碳、氯及催化金属等关键因素形态特征变化规律，探明磷基耦合碱性材料协同阻滞二恶英生成的主要机理，获得各种可控气氛条件下二恶英的化学热力学数据，构建反应动力学模型，建立高效的磷基耦合碱性材料协同阻滞垃圾焚烧二恶英生成的新方法，为实际垃圾焚烧炉二恶英的排放控制提供理论基础。

如何解决备受关注的二恶英污染问题，是解决焚烧厂“邻避效应”社会问题的关键。本项目创新性提出了磷基耦合碱性材料协同阻滞垃圾焚烧过程二恶英生成的新方法，实现二恶英的低排放。. 通过开展不同阻滞剂在不同温度和添加量等条件下对二恶英从头合成反应影响的试验研究，探究磷基对二恶英浓度、同系物分布特征和碳、氯及催化金属等关键因素形态特征变化规律，阐明磷基耦合碱性材料协同阻滞二恶英生成的主要反应路径和阻滞机理，计算二恶英的化学热力学参数和动力学反应参数，构建反应动力学模型。. 根据经济、无毒、磷基分子比重大、易获取、易操作等原则，筛选了自然界中5种典型的磷基化合物及3种典型碱性材料开展二恶英从头合成试验研究，结果表明，磷酸氢钙、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵的抑制率分别为37%、98%和95%，而磷酸二氢钾由于抑制反应过程生成氯化钾促进二恶英再生导致没有抑制效果，但耦合碱基氧化钙后，抑制效率为89%。磷基能促进从头合成反应过程中碳的氧化、Cu2+到Cu+的转化，并减少有机氯的生成，耦合碱基有助于减少碳表面有机氯生成，阻滞氯化反应。磷基将催化剂氯化铜转化为Cu2P2O7、Cu3(PO4)2等无活性磷铜化合物，并促进NH4Cl生成，耦合碱基后生成CaCl2、NaCl等氯盐，进一步消耗氯源，从而阻滞二恶英生成。热重-红外联用实验证实了磷基提高碳氧化反应的活化能，抑制了芳烃类有机物的生成，基于Popescu法获得了二恶英生成与阻滞反应的最概然机理函数、表观活化能和指前因子，建立了反应动力学方程式，并求解了磷基阻滞反应系数（0.818）。项目初步在实际垃圾焚烧炉开展了工程验证，烟气二恶英阻滞效率约为77%。. 项目通过研究，掌握阻滞剂对二恶英同系物分布特征和关键反应介质形态特征变化规律，探明磷基耦合碱性材料协同阻滞二恶英生成阻滞机理，建立了高效的磷基耦合碱性材料协同阻滞垃圾焚烧二恶英生成的新方法，为实际垃圾焚烧炉二恶英的达标排放控制提供了重要基础。