分解二噁英前體的催化劑篩選系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于二噁英催化劑技術(shù)領域。尤其涉及一種分解二噁英前體的催化劑篩選系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二噁英是指多氯代二苯并二噁英(P⑶Ds)和多氯代二苯并呋喃(P⑶Fs)的總稱。都是持久性有機污染物(POPs)，具有生物累積效應，可通過皮膚、消化道、呼吸道等途徑進入人體，引起皮膚氯痤瘡、頭痛和失眠等疾病，甚至會引起惡性腫瘤、免疫力低下和發(fā)育畸形等惡性疾病。
[0003]大氣環(huán)境中的二噁英主要來源于:鋼鐵冶煉，有色金屬冶煉，汽車尾氣，焚燒生產(chǎn)(包括醫(yī)藥廢水焚燒，化工廠的廢物焚燒，生活垃圾焚燒，燃煤電廠等)；含鉛汽油、煤、防腐處理過的木材以及石油產(chǎn)品、各種廢棄物特別是醫(yī)療廢棄物在燃燒溫度低于300?400°C時容易產(chǎn)生二噁英；聚氯乙烯塑料、紙張、氯氣以及某些農(nóng)藥的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、催化劑高溫氯氣活化等過程都可向環(huán)境中釋放二噁英。
[0004]城市生活垃圾焚燒產(chǎn)生的二噁英受到的關(guān)注程度最高，焚燒生活垃圾產(chǎn)生二噁英主要有三種途徑:1.在對氯乙烯等含氯塑料的焚燒過程中，焚燒溫度低于800°C，含氯垃圾不完全燃燒，極易生成二噁英。燃燒后形成氯苯，后者成為二噁英合成的前體;2.其他含氯、含碳物質(zhì)如紙張、木制品、食物殘渣等經(jīng)過銅、鈷等金屬離子的催化作用不經(jīng)氯苯生成二噁英;3.在制造包括農(nóng)藥在內(nèi)的化學物質(zhì)，尤其是氯系化學物質(zhì)，像殺蟲劑、除草劑、木材防腐劑、落葉劑、多氯聯(lián)苯等產(chǎn)品的過程中派生。
[0005]對于煙氣中二噁英類污染物的處理技術(shù)，目前較成熟處理方法主要是過濾捕集法、活性吸附法和催化分解法。前兩種方法由于運營成本較低而被廣泛使用，如“一種垃圾焚燒煙氣中二噁英吸附裝置”(CN103551011A)、“一種燒結(jié)磚煙氣中二噁英的處理裝置”(CN102494542A)、“生活垃圾焚燒煙氣中二噁英收集方法” (CN102000443A)、“一種燒結(jié)煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法”(CN102228788A)、“二噁英類的分級分離方法”(CN104487840A)。其中，過濾捕集法通過高溫煙氣過濾材料只能將二噁英微粒捕捉收集起來，避免其直接排到大氣當中，沒有清除二噁英的作用。而活性吸附法通常是利用過濾器中的活性炭吸附作用來捕集二噁英，但是活性炭的吸附容量隨著運行時間會逐漸降低，由于活性炭的吸附容量不可在線實時監(jiān)控，實際中都是通過人工經(jīng)驗加以判斷，當垃圾種類或處理量、焚燒廠生產(chǎn)運行狀態(tài)等參數(shù)發(fā)生變化時，很容易造成二噁英超標排放，嚴重危害周邊居民健康。并且所采用的吸附劑活性炭等在完成二噁英類物質(zhì)的吸附后，因為含有高濃度的二噁英而變?yōu)槲ｋU廢物，仍然需要進行特殊處理。
[0006]相比之下，催化分解可以把二噁英及其前體分解成無機小分子，從而達到徹底消除二噁英或阻止二噁英產(chǎn)生的目的。而在實際情況下，二噁英通常不能直接產(chǎn)生，而是由其前體在一定的溫度與催化作用下反應生成。因此，如果能夠有效清除在高溫煙氣中二噁英的前體，就能有效阻止二噁英的產(chǎn)生。然而，目前對于二噁英前體能夠?qū)崿F(xiàn)徹底催化分解作用的催化劑的研究不夠深入，缺乏成熟、高效、實用催化劑產(chǎn)品，同時，對于現(xiàn)有的不太成熟的催化劑的配方、制備工藝與其工作條件、作用效率、持續(xù)作用時間等性能之間的對應關(guān)系都缺乏定量的且較準確的數(shù)據(jù)支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉和操作方便的分解二噁英前體的催化劑篩選系統(tǒng);使用該系統(tǒng)能夠快速、有效和準確地測試出該催化劑的作用效率、使用條件、持續(xù)時間等技術(shù)性能，從而篩選出能夠高效分解二噁英前體的催化劑。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:分解二噁英前體的催化劑篩選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是:所述系統(tǒng)包括氣栗、氣體流速計、第一鼓泡反應器、耐高溫過濾材料填充管、三通閥、第二鼓泡反應器、冷凝回流器和第三鼓泡反應器。
[0009]氣栗的出口通過氣體流速計與第一鼓泡反應器的入口相通，第一鼓泡反應器的出口與耐高溫過濾材料填充管的入口相通，耐高溫過濾材料填充管的出口處裝有三通閥。三通閥的一個出口與第二鼓泡反應器的入口相通，三通閥的另一個出口分別與第三鼓泡反應器的入口和冷凝回流器的出口相通，冷凝回流器的入口與第二鼓泡反應器出口相通。
[0010]所述第一鼓泡反應器外部安裝有自控溫加熱器。
[0011]所述耐高溫過濾材料填充管的殼體外壁裝有加熱器，熱電偶穿過加熱器插入到耐高溫過濾材料填充管的中部，溫度控制器的信號輸入端通過信號線與熱電偶連接，溫度控制器的信號輸出端通過信號線與加熱器連接。
[0012]所述耐高溫過濾材料為玄武巖纖維、巖棉、玻璃纖維、碳纖維、不銹鋼纖維、芳綸、滌綸中的一種，耐高溫過濾材料內(nèi)含有催化劑。
[0013]所述第二鼓泡反應器和第三鼓泡反應器內(nèi)裝有溶劑，溶劑為甲醇或乙醇。
[0014]所述第一鼓泡反應器內(nèi)填充有液態(tài)二噁英前體，二噁英前體為五氯酚、氯苯、多氯聯(lián)苯中的一種。
[0015]所述相通是采用耐高溫氣密軟管連通。
[0016]所述分解二噁英前體的催化劑篩選系統(tǒng)的使用方法是:
步驟一、向第一鼓泡反應器中裝入I?1kg液態(tài)二噁英前體，在耐高溫過濾材料填充管內(nèi)部填充I?20kg含有濃度O?5wt%催化劑的耐高溫過濾材料，向第二鼓泡反應器和第三鼓泡反應器中裝入I?I Okg溶劑；
步驟二、開啟自控溫加熱器，設置自控溫加熱器的溫度為20?100°C;開啟溫度控制器，設置溫度控制器的溫度為200?350°C ;
步驟三、調(diào)節(jié)三通閥，接通耐高溫過濾材料填充管和第三鼓泡反應器；
步驟四、開啟氣栗，設定氣體流速計的流速為0.2?5L/min ；
步驟五、當自控溫加熱器和溫度控制器的讀數(shù)達到設置溫度時，調(diào)節(jié)三通閥至耐高溫過濾材料填充管和第二鼓泡反應器連通，保持5?120min;
步驟六、調(diào)節(jié)三通閥至耐高溫過濾材料填充管和第三鼓泡反應器連通，關(guān)閉氣栗；步驟七、將反應后的第二鼓泡反應器中的溶劑攪拌均勻，取樣，用氣相色譜測試，記錄測試結(jié)果； 步驟八、用當催化劑濃度為O時測得的液態(tài)二噁英前體色譜積分峰面積，減去當催化劑濃度大于O時測得的液態(tài)二噁英前體色譜積分峰面積，所得差值與當催化劑濃度為O時測得的液態(tài)二噁英前體色譜積分峰面積之比，即為所述催化劑在步驟一至步驟七的條件下對液態(tài)二噁英前體的分解效率。
[0017]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果在于:
本發(fā)明所述催化劑篩選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用便捷、工作周期較短和成本低廉，只需一個操作人員即可在較短時間內(nèi)搭建系統(tǒng)并獨立進行操作，直至完成所有的測試工作。
[0018]雖然催化劑對液態(tài)二噁英前體分解效率的影響因素較多，主要有催化劑種類、催化劑濃度、液態(tài)二噁英前體溫度、耐高溫過濾材料溫度、氣體流速、保持時間等，但是本發(fā)明能分別通過自控溫加熱器、溫度控制器、氣體流速計和計時器穩(wěn)定的控制，只要采用控制變量法進行實驗，并通過氣相色譜儀對結(jié)果進行精確定量測試，就能準確可靠的分別測試出催化劑種類、催化劑濃度、液態(tài)二噁英前體溫度、耐高溫過濾材料溫度、氣體流速、保持時間對實驗結(jié)果的影響程度。
[0019]在處理結(jié)果時，用當催化劑濃度為O時測得的液態(tài)二噁英前體色譜積分峰面積，減去當催化劑濃度大于O時測得的液態(tài)二噁英前體色譜積分峰面積，所得差值與當催化劑濃度為O時測得的液態(tài)二噁英前體色譜積分峰面積之比，即得所述催化劑在不同濃度、不同溫度、不同載氣流速、不同保持時間的條件下對二噁英前體的分解效率。
[0020]本發(fā)明的使用方法與工業(yè)化的二噁英產(chǎn)生與排放過程相結(jié)合，切實可行、容易掌握、實驗條件容易實現(xiàn)且易于定量穩(wěn)定地控制。同時，由于氣相色譜儀在極小劑量和極低濃度下就能顯著地區(qū)分不同試樣，因而在每次實驗過程中只需要產(chǎn)生極少量的液態(tài)二噁英前體的蒸汽，所述蒸汽在氣流的帶動下，經(jīng)過含有催化劑的耐高溫過濾材料被催化分解以后進入溶劑中，此時溶劑中溶解有未反應完全的二噁英前體和反應產(chǎn)物，即可取樣進行測試。而且，搜集反應產(chǎn)物所需的溶劑量也很少，再加上第三鼓泡反應器能夠有效處理反應廢氣與尾氣，因此整個系統(tǒng)在工作過程中對人與環(huán)境都比較友好。
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