一種等離子體熱解富含重金屬的超累積植物方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及固體廢物處理技術(shù)，特別是涉及一種等離子體熱解富含重金屬的超累 積植物方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 植物修復(fù)技術(shù)完成金屬污染土壤修復(fù)后，產(chǎn)生的含重金屬的超累積植物的后續(xù)處 置方法主要包括熱解、焚燒、壓縮填埋和堆肥等，其中熱解和焚燒是比較常見(jiàn)的兩種無(wú)害化 熱處理手段，但目前國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的的研宄還相當(dāng)缺乏，特別是熱解和焚燒二次污染物的 減排、捕集等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種等離子體熱解富含重金屬的超累積植物方法。 與傳統(tǒng)熱解和焚燒相比，等離子體熱解超累積植物具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如熱解溫度低，升 溫速率快，能量密度大，可在等離子體的情況下將生物質(zhì)裂解成固體碳渣和富氫合成氣。
[0004] 本發(fā)明為達(dá)到以上目的，是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 提供提供一種等離子體熱解富含重金屬的超累積植物方法，將富含重金屬的超累 積植物破碎后裝入等離子體熱解裝置的陶瓷坩堝中，通過(guò)進(jìn)氣通道通入氮?dú)饣驓鍤廨d氣， 啟動(dòng)與尖端石墨電極和平底石墨電極相連的高壓電源，等離子體反應(yīng)器開始工作；施加的 高電壓將電極之間的載氣擊穿電離，形成非熱電弧等離子體，處于等離子體區(qū)域中的超累 積植物，在高能電子、自由基等活性物質(zhì)以及電場(chǎng)的作用下，會(huì)發(fā)生熱解反應(yīng)，生成固體碳 渣和富氫合成氣，富氫合成氣由出氣通道排出；經(jīng)數(shù)分鐘的操作之后，陶瓷坩堝內(nèi)的超累積 植物被處理完全，斷開電源，停止通入載氣，待等離子體反應(yīng)器冷卻后取出陶瓷坩堝，收集 固體碳渣，固體碳渣經(jīng)后續(xù)處理回收金屬和焦碳部分，或直接制備含金屬納米碳。
[0006] 所述的等離子體熱解裝置，包括等離子體反應(yīng)器及給等離子體反應(yīng)器供電的高壓 電源；等離子體反應(yīng)器包括石英容器、上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭、不銹鋼支架、 尖端石墨電極、平底石墨電極、上銅密封圈、下銅密封圈、陶瓷坩堝、非熱電弧等離子體、超 累積植物、進(jìn)氣通道、出氣通道；尖端石墨電極和平底石墨電極通過(guò)高壓電線與高壓電源相 連接，尖端石墨電極和平底石墨電極同軸置于石英容器內(nèi)，石英容器通過(guò)上聚四氟乙烯法 蘭、下聚四氟乙烯法蘭和不銹鋼支架聯(lián)合固定，平底石墨電極分別通過(guò)固定在上聚四氟乙 烯法蘭上的上銅密封圈固定，尖端石墨電極通過(guò)固定在下聚四氟乙烯法蘭上的下銅密封圈 固定；進(jìn)氣通道與上聚四氟乙烯法蘭連接，出氣通道與下聚四氟乙烯法蘭相連接；底部開 口的陶瓷坩堝放置在尖端石墨電極和平底石墨電極之間，用于裝載超累積植物，在裝置工 作時(shí)，陶瓷坩堝內(nèi)的超累積植物將完全暴露在非熱電弧等離子體區(qū)域中。
[0007] 尖端石墨電極和平底石墨電極間隔要合理選擇，過(guò)大的電極間隔會(huì)導(dǎo)致電壓不足 以擊穿電極間的載氣，從而無(wú)法形成非熱電弧等離子體。另外，由于施加在兩極上的電壓很 高，因此反應(yīng)器在工作時(shí)，要特別注意不要碰觸電極，以免觸電危險(xiǎn)。此外，放入陶瓷坩堝內(nèi) 的超累積植物材料不應(yīng)壓實(shí)，要保持良好的氣體通路，否則電極無(wú)法直接與載氣接觸，通電 時(shí)無(wú)法形成非熱電弧等離子體。還需要注意的是，反應(yīng)器停止工作后不要立刻拆卸反應(yīng)器、 拿取陶瓷坩堝，因?yàn)榉磻?yīng)器工作時(shí)放出大量的熱，剛停止工作時(shí)，石墨電極、石英容器、陶瓷 坩堝等部分溫度很高，直接碰觸易造成燙傷。
[0008] 本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)際要求完成含重金屬的超累積植物等離子體熱解過(guò)程，簡(jiǎn)單、 低成本、高效的產(chǎn)生固體碳和合成氣。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖中等離子體反應(yīng)器，2高壓電源，3石英容器，4上聚四氟乙烯法蘭，5下聚四 氟乙烯法蘭，6不銹鋼支架，7尖端石墨電極，8平底石墨電極，9上銅密封圈，10下銅密封圈， 11陶瓷坩堝，12非熱電弧等離子體，13超累積植物，14進(jìn)氣通道，15出氣通道。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 實(shí)施例
[0012] 如附圖所示，本發(fā)明的等離子體裝置包括等離子體反應(yīng)器1及給等離子體反應(yīng)器 供電的高壓電源2 ;等離子體反應(yīng)器包括石英容器3、上聚四氟乙烯法蘭4、下聚四氟乙烯法 蘭5、不銹鋼支架6、尖端石墨電極7、平底石墨電極8、上銅密封圈9、下銅密封圈10、陶瓷 坩堝11、非熱電弧等離子體12、超累積植物13、進(jìn)氣通道14、出氣通道15 ;尖端石墨電極 (pl5mm)和平底石墨電極（供15mm)通過(guò)高壓電線與高壓電源（I5kv/450W)相連接，尖 端石墨電極和平底石墨電極同軸置于石英容器（采用石英玻璃管，長(zhǎng)400mm，內(nèi)徑30mm)內(nèi)， 電極間隔固定保持在15mm，石英容器通過(guò)上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭和不銹鋼 支架聯(lián)合固定，平底石墨電極分別通過(guò)固定在上聚四氟乙烯法蘭上的上銅密封圈固定，尖 端石墨電極通過(guò)固定在下聚四氟乙烯法蘭上的下銅密封圈固定；進(jìn)氣通道與上聚四氟乙烯 法蘭連接，出氣通道與下聚四氟乙烯法蘭相連接；底部開口孔徑9_的陶瓷坩堝放置在尖 端石墨電極和平底石墨電極之間。
[0013] 選取選取富含鋅鎘的超累積植物伴礦景天為超累積植物代表物，將伴礦景天破碎 成2-5_顆粒后裝入等離子體反應(yīng)器的陶瓷坩堝中，通過(guò)進(jìn)氣通道通入4L/min氬氣載氣， 啟動(dòng)與尖端石墨電極和平底石墨電極相連的高壓電源，等離子體反應(yīng)器開始工作；施加的 高電壓將電極之間的載氣擊穿電離，形成非熱電弧等離子體，處于等離子體區(qū)域中的木材 顆粒，在高能電子、自由基等活性物質(zhì)以及電場(chǎng)的作用下，會(huì)發(fā)生熱解反應(yīng)，生成固體碳渣 和富氫合成氣，富氫合成氣由出氣通道排出；經(jīng)數(shù)分鐘的操作之后，陶瓷坩堝內(nèi)的伴礦景天 被處理完全，斷開電源，停止通入載氣，待等離子體反應(yīng)器冷卻后取出陶瓷坩堝，收集固體 碳渣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：95%以上的鋅及91%以上的鎘固定于固體碳渣，使得富含重金屬的 超累積植物無(wú)害化資源化成為可能；采用氬氣作為載氣時(shí)，其氣體產(chǎn)物中含有較大量的甲 烷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種等離子體熱解富含重金屬的超累積植物方法，其特征在于該方法的步驟如下： 將富含重金屬的超累積植物破碎后裝入等離子體熱解裝置的陶瓷坩堝中，通過(guò)進(jìn)氣通道通 入氮?dú)饣驓鍤廨d氣，啟動(dòng)與尖端石墨電極和平底石墨電極相連的高壓電源，等離子體反應(yīng) 器開始工作；施加的高電壓將電極之間的載氣擊穿電離，形成非熱電弧等離子體，處于等離 子體區(qū)域中的超累積植物，在高能電子、自由基等活性物質(zhì)以及電場(chǎng)的作用下，會(huì)發(fā)生熱解 反應(yīng)，生成固體碳渣和富氫合成氣，富氫合成氣由出氣通道排出；經(jīng)數(shù)分鐘的操作之后，陶 瓷坩堝內(nèi)的超累積植物被處理完全，斷開電源，停止通入載氣，待等離子體反應(yīng)器冷卻后取 出陶瓷坩堝，收集固體碳渣，固體碳渣經(jīng)后續(xù)處理回收金屬和焦碳部分，或直接制備含金屬 納米碳。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體熱解富含重金屬的超累積植物方法，其特征在 于所述的等離子體熱解裝置，包括等離子體反應(yīng)器及給等離子體反應(yīng)器供電的高壓電源； 等離子體反應(yīng)器包括石英容器、上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭、不銹鋼支架、尖端 石墨電極、平底石墨電極、上銅密封圈、下銅密封圈、陶瓷坩堝、非熱電弧等離子體、超累積 植物、進(jìn)氣通道、出氣通道；尖端石墨電極和平底石墨電極通過(guò)高壓電線與高壓電源相連 接，尖端石墨電極和平底石墨電極同軸置于石英容器內(nèi)，石英容器通過(guò)上聚四氟乙烯法蘭、 下聚四氟乙烯法蘭和不銹鋼支架聯(lián)合固定，平底石墨電極分別通過(guò)固定在上聚四氟乙烯法 蘭上的上銅密封圈固定，尖端石墨電極通過(guò)固定在下聚四氟乙烯法蘭上的下銅密封圈固 定；進(jìn)氣通道與上聚四氟乙烯法蘭連接，出氣通道與下聚四氟乙烯法蘭相連接；底部開口 的陶瓷坩堝放置在尖端石墨電極和平底石墨電極之間，用于裝載超累積植物，在裝置工作 時(shí)，陶瓷坩堝內(nèi)的超累積植物將完全暴露在非熱電弧等離子體區(qū)域中。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種等離子體熱解富含重金屬的超累積植物方法，將富含重金屬的超累積植物破碎后裝入包括等離子體反應(yīng)器和高壓電源的等離子體熱解裝置中，通入載氣，啟動(dòng)高壓電源，施加的高電壓將電極之間的載氣擊穿電離，形成非熱電弧等離子體，處于等離子體區(qū)域中的超累積植物，在高能電子、自由基等活性物質(zhì)以及電場(chǎng)的作用下，會(huì)發(fā)生熱解反應(yīng)，生成固體碳渣和富氫合成氣，固體碳渣經(jīng)后續(xù)處理回收金屬和焦碳部分，或直接制備含金屬納米碳。本發(fā)明是一種超累積植物無(wú)害化資源化的潛力技術(shù)。
【IPC分類】C10B53-02, B01J19-08
【公開號(hào)】CN104531184
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410849937
【發(fā)明人】杜長(zhǎng)明
【申請(qǐng)人】中山大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月23日