二恶英的物性、来源、机理及解决方法
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二恶英的种类、产生机理及消除方法一、种类氯代二苯并二恶英(PCDDS)和氯代二苯并呋喃(PCDFS)通常总称为氯代二恶英或二恶英类。
它们是三环氯代芳香化合物,具有相似的物化性质和生物效应。
主要来源于焚烧和化工生产,前者包括氯代有机物或无机物的热反应,如城市废弃物、医院废弃物及化学废弃物的焚烧,钢铁和某些金属冶炼以及汽车尾气排放等;后者主要来源于氯酚、氯苯、多氯联苯及氯代苯氧乙酸除草剂等生产过程、制浆造纸中的氯化漂白及其它工业生产中。
其75个PCDD和135个PCDF同类物中,只是侧位(2,3,7,8-位)被氯取代的那些化合物才具有很强的毒性,尤以2,3,7,8-四氯二苯并二恶英(TCDD)为甚,被认为是最毒的有机化合物。
二、二恶英的生成机理二恶英的生成机理特别是城市废弃物焚烧过程中的生成机理,已成为二恶英研究内容中的重要组成部分。
人们普遍认为PCDD/FS既可由碳和无机氯化物在金属催化剂存在的条件下生成,也可由PCDD/FS 的前生体有机氯化物产生。
从目前的研究来看,在城市废弃物焚烧过程中二恶英的生成有以下几种原因:1.焚烧了含有微量PCDD垃圾,在排出废气中含有PCDD。
2.在有两种或多种有机氯化物(如氯酚)存在的情况下,由于二聚作用,在适当的温度和氧气条件下就会结合成PCDD。
3.多氯化二酚、多氯联苯等一类化合物的不完全燃烧生成PCDD。
4.由于氯及氯化物的存在,破坏了碳氢化合物(芳香族)的基本结构,而与木质素,如木材、蔬菜等废弃物相结合,促使生成PCDD、PCDF(多氯二苯呋喃)的化合物。
一般认为在低于900℃焚烧PCB时会产生二恶英,而二恶英在700℃以下对热稳定,高温时开始分解。
另外在其它领域二恶英的生成有以下两种:(一)六六六热解生产中易产生二恶英其六六六热解生产产生二恶英的机理又有以下两种:1.Fe和FeCl3存在下二恶英的生成模拟反应采用Fe粉和FeCl3为催化剂,在玻璃试管中加入一定量的六六六无效体和铁粉或FeCl3,并配接玻璃冷凝管。
二噁英的产生原理和控制方案
二噁英是一种有毒有害的化学物质,它的产生主要是由于燃烧过程中
的不完全燃烧和其他化学反应所产生的。
以下是二噁英的产生原理和
控制方案:
一、二噁英的产生原理
1.燃烧过程中的不完全燃烧:二噁英是一种多环芳香烃类化合物,它的产生与燃烧过程中的不完全燃烧有关。
当燃料中的有机物质在燃烧时,如果燃烧不完全,就会产生二噁英。
2.其他化学反应:除了燃烧过程中的不完全燃烧,二噁英的产生还与其他化学反应有关。
例如,当废气中的氯化物和有机物质在高温下反应时,也会产生二噁英。
二、二噁英的控制方案
1.控制燃烧过程中的温度:燃烧过程中的温度是影响二噁英产生的重要因素。
因此,控制燃烧过程中的温度可以有效地减少二噁英的产生。
例如,在工业炉中,可以通过调整燃料的供给和空气的流量来控制燃
烧过程中的温度。
2.使用低二噁英燃料:选择低二噁英燃料也是减少二噁英产生的有效方法。
例如,在工业生产中,可以使用低含二噁英的燃料,如天然气、液化气等。
3.使用二噁英减排设备:在工业生产中,可以使用二噁英减排设备来减少二噁英的排放。
例如,可以使用催化剂来促进燃烧过程中的完全燃烧,从而减少二噁英的产生。
4.加强废气处理:在工业生产中,废气处理也是减少二噁英排放的重要措施。
例如,可以采用吸附、洗涤、氧化等方法对废气进行处理,从而减少二噁英的排放。
综上所述,减少二噁英的产生和排放需要从多个方面入手,包括控制燃烧过程中的温度、使用低二噁英燃料、使用二噁英减排设备和加强废气处理等措施。
只有综合运用这些措施,才能有效地减少二噁英的产生和排放,保护环境和人类健康。
二噁英的产生原理和控制方案二噁英(Dioxins)是一类有机化合物,由一些特定的化学反应产生,其结构中含有两个苯环并连接一个二氧杂环。
二噁英具有极强的毒性,对人类和环境都造成严重的危害。
因此,了解二噁英的产生原理并采取相应的控制方案是至关重要的。
二噁英的产生原理主要分为两个方面:燃烧过程和化学反应。
燃烧过程是二噁英产生的重要途径之一。
在焚烧废物、燃煤和焦化等过程中,如果温度不够高或氧气供应不足,废物中的有机物会发生不完全燃烧,生成二噁英。
尤其是在含氯有机物存在的情况下,氯原子会与氧气和碳氢化合物发生反应,生成二噁英。
化学反应也是二噁英形成的重要途径。
例如,某些化学工业过程中产生的废物,如某些农药、杀虫剂和某些有机溶剂,经过一系列复杂的化学反应,最终会生成二噁英。
此外,还有一些特殊情况,如电容器的制造和焚烧、废物处理和回收等过程中,也会产生二噁英。
针对二噁英的控制方案主要包括以下几个方面:从源头上控制二噁英的排放是最有效的方法之一。
对于工业生产过程中产生的废物,应采取合理的处理方式,减少二噁英的生成。
例如,在焚烧废物时,应确保燃烧温度足够高,氧气供应充足,以确保废物充分燃烧,减少二噁英的产生。
此外,还可以采用先进的废物处理技术,如高温氧化、催化燃烧和化学吸附等方法,有效降低二噁英的排放。
对于已经产生的二噁英,应采取有效的治理措施。
例如,在工业废水处理过程中,可以采用生物降解、化学氧化和吸附等方法,去除废水中的二噁英。
此外,在土壤和空气污染治理中,也可以利用吸附、化学还原和生物降解等方法,减少二噁英的迁移和转化,降低对环境的影响。
加强监测和管理也是控制二噁英的重要手段。
通过建立完善的监测体系,及时发现和控制二噁英的排放源,制定相应的管理措施,可以有效减少二噁英的产生和排放。
此外,还可以加强对工业企业的监管,推动其加强环境管理,减少二噁英的排放。
公众的环保意识和参与也是控制二噁英的重要因素。
通过加强环境教育,提高公众的环保意识,鼓励公众参与环境保护活动,可以形成良好的环境保护氛围,促进二噁英的控制和治理。
二恶英的物性、来源、机理及解决方法目录1. 二恶英的物性、来源、机理及解决方法 ......... 错误!未定义书签。
二恶英物性分析 ..................................... 错误!未定义书签。
名称 .............................................. 错误!未定义书签。
结构 .............................................. 错误!未定义书签。
物性 .............................................. 错误!未定义书签。
二恶英的污染源 ..................................... 错误!未定义书签。
二恶英的生成机理及影响因素............... 错误!未定义书签。
二恶英的“de novo”反应机理及模型错误!未定义书签。
二恶英的低温前驱物催化反应机理(200~500℃)错误!未定义书签。
二恶英的高温气相反应机理(500~800℃)错误!未定义书签。
影响二恶英生成的因素................ 错误!未定义书签。
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1. 二恶英的物性、来源、机理及解决方法二恶英物性分析名称二恶英是多氯二苯并对二恶英PCDDs及多氯二苯并呋喃PCDFs这两类化合物的统称。
狭义的二恶英是指2,3,7,8-四氯二苯并对二恶英(TCDD),因其在二恶英类物质中毒性最强,所以有时国内学术界所指的二恶英特指该物质。
结构二恶英为含有2个或1个氧键连结2个苯环的含氯有机化合物。
由2个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为PCDDs;由1个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为PCDFs。
每个苯环上都可以取代1~4个氯原子,形成众多的异构体,其中PCDDs有75种异构体,PCDFs有135种异构体。
二噁英的产生原理和控制方案一、引言二噁英(Dioxins)是一类有机化合物,由苯并二恶英(polychlorinated dibenzo-p-dioxins, PCDDs)和多氯联苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)两个家族组成。
它们具有高度毒性和持久性,对人类健康和环境造成严重危害。
因此,了解二噁英的产生原理以及控制方案对于保护环境和人类健康至关重要。
本文将详细解释二噁英的产生原理,并介绍一些常用的控制方案,包括源头控制、处理技术和监测方法等。
二、二噁英的产生原理1. 燃烧过程中的形成最常见的二噁英形成途径是燃烧过程中的生成。
当含氯有机物与氢氧化物存在时,高温下会发生氯化反应,并形成多个卤素化合物。
这些卤素化合物在进一步反应中生成更稳定且具有高毒性的二噁英。
2. 工业过程中的排放工业过程中也是二噁英产生的重要途径。
许多工业活动,如焚烧、冶炼、制药和化学合成等,使用了含氯有机物作为原料或催化剂。
这些过程中的燃烧、氧化和还原反应会导致二噁英的生成。
3. 自然环境中的形成除了人为活动,二噁英也可以在自然环境中形成。
例如,森林火灾和火山喷发会释放大量有机物和氯化物,从而促进二噁英的生成。
此外,微生物的代谢活动也可能导致二噁英的产生。
三、二噁英的控制方案1. 源头控制源头控制是预防和减少二噁英产生的最有效方法之一。
它包括以下几个方面:•替代有机物:使用不含氯或含氯较少的替代品可以降低二噁英生成的潜力。
•确保完全燃烧:在工业过程中,确保完全燃烧可以减少未完全反应产物中含有未被转化为无害物质的有机氯。
•控制温度和氧化性:控制燃烧过程中的温度和氧化性可以减少二噁英的生成。
•垃圾分类和处理:合理分类和处理垃圾可以减少焚烧过程中有机氯的释放。
2. 处理技术对于已经产生的二噁英,采用适当的处理技术是必要的。
以下是一些常用的处理技术:•活性炭吸附:活性炭可以有效吸附二噁英,将其从废气或废水中去除。
二恶英的物性、来源、机理及解决方法目录1. 二恶英的物性、来源、机理及解决方法 (3)1.1 二恶英物性分析 (3)名称 (3)结构 (3)物性 (3)1.2 二恶英的污染源 (4)1.3 二恶英的生成机理及影响因素 (4)1.3.1二恶英的“de novo”反应机理及模型 (5)1.3.2二恶英的低温前驱物催化反应机理(200~500℃) (5)1.3.3二恶英的高温气相反应机理(500~800℃) (7)1.3.4影响二恶英生成的因素 (8)1.3 PCDD /Fs控制措施 (9)1. 二恶英的物性、来源、机理及解决方法1.1 二恶英物性分析名称二恶英是多氯二苯并对二恶英PCDDs及多氯二苯并呋喃PCDFs这两类化合物的统称。
狭义的二恶英是指2,3,7,8-四氯二苯并对二恶英(TCDD),因其在二恶英类物质中毒性最强,所以有时国内学术界所指的二恶英特指该物质。
结构二恶英为含有2个或1个氧键连结2个苯环的含氯有机化合物。
由2个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为PCDDs;由1个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为PCDFs。
每个苯环上都可以取代1~4个氯原子,形成众多的异构体,其中PCDDs有75种异构体,PCDFs有135种异构体。
其分子结构如下图所示:物性1、分子量321.96。
2、白色结晶体。
3、熔点为302~305℃,705℃开始分解,800℃时21s完全分解。
4、极难溶于水,可溶于大部分有机溶剂,有极强脂溶性。
常温下在水中的溶解度为7.2×10-6 mg/ L,在二氯苯的溶解度为1400mg/ L。
5、性质稳定。
土壤中的半衰期为12a,气态二恶英在空气中光化学分解的半衰期为8.3d,体内的半衰期估计为7至11年。
1.2 二恶英的污染源20世纪90年代初世界范围大气中二恶英的来源(kg TEQ /a)Sources ofPCDD /Fs in air in the world1.3 二恶英的生成机理及影响因素目前几种被接受的PCDD /Fs生成机理主要有:1、从头合成(De nove)反应机理2、前驱物合成机理3、高温气相反应机理4、直接释放机理从头合成反应机理被广大学者认为是PCDD /Fs的主要生成途径,其次为前驱物合成机理,而直接释放则是最为次要的生成途径。
问题:废旧塑料焚烧过程、防控措施不到位,易产生二噁英有毒物质。
简述二噁英产生原因、防控措施。
是什么:二噁英通常指具有相似结构和理化特性的一组多氯取代的平面芳烃类化合物,属氯代含氧三环芳烃类化合物,包括75种多氯代二苯并一对一二噁英和135种多氯代二苯并呋哺,缩写为PCDD/Fs。
来源:目前,由于木材防腐和防止血吸虫使用氯酚类造成的蒸发、焚烧工业的排放、落叶剂的使用、杀虫剂的制备、纸张的漂白和汽车尾气的排放等是环境中二噁英的主要来源。
一、焚烧炉中二恶英废气的产生原因垃圾焚烧炉中二恶英有两种成因:一是二恶英类物质混入垃圾,二是焚烧炉在燃烧垃圾过程中产生二恶英,其机理相当复杂。
有关研究认为,焚烧垃圾时,二恶英的形成机理如下:1.1高温合成即高温气相生成PCDD。
在垃圾进入焚烧炉内初期干燥阶段,除水分外含碳氢成份的低沸点有机物挥发后与空气中的氧反应生成水和二氧化碳,形成暂时缺氧状况,使部分有机物同氯化氢(HC1)反应,生成PCDD。
1.2从头合成在低温(250℃~350℃)条件下大分子碳(残碳)与飞灰基质中的有机或无机氯生成PCDD。
残碳氧化时,有65%~75%转变为一氧化碳,约1%转变为氯苯再转变为PCDD,飞灰中碳的气化率越高,PCDD的生成量也越大。
1.3前驱物合成不完全燃烧及飞灰表面的不均匀催化反应可形成多种有机气相前驱物,如多氯苯酚和二苯醚,再由这些前驱物生成PCDD。
因不完全燃烧产生的剩余部分前驱物及未燃烬的环烃物质在烟气所含金属(尤其是Cu)的催化作用下与氯化物和02 反应,生成二恶英类物质,反应温度在300℃左右。
如果采用静电除尘,当烟气在流过静电除尘器时,由于静电干燥器含有较多的Cu、Ni、Fe等金属微粒,且烟气入口温度为300℃左右,因而很容易生成二恶英类物质,所以近年来优先采用袋式除尘器。
二恶英在焚烧炉中产生,致于哪一种机理起主导作用则取决于炉型、工作状态和燃烧条件。
二、焚烧炉中二恶英废气的控制方法二恶英类物质是在垃圾焚烧过程中产生的,不可能仅用单一的洗气、除尘、净化装置就可以除去,必须在焚烧固体废物时进行全过程控制。
二恶英的物性、来源、机理及解决方法
目录
1. 二恶英的物性、来源、机理及解决方法 (3)
1.1 二恶英物性分析 (3)
名称 (3)
结构 (3)
物性 (3)
1.2 二恶英的污染源 (4)
1.3 二恶英的生成机理及影响因素 (4)
1.3.1二恶英的“de novo”反应机理及模型 (5)
1.3.2二恶英的低温前驱物催化反应机理(200~500℃) (5)
1.3.3二恶英的高温气相反应机理(500~800℃) (7)
1.3.4影响二恶英生成的因素 (8)
1.3 PCDD /Fs控制措施 (9)
1. 二恶英的物性、来源、机理及解决方法1.1 二恶英物性分析
名称
二恶英是多氯二苯并对二恶英PCDDs及多氯二苯并呋喃PCDFs这两类化合物的统称。
狭义的二恶英是指2,3,7,8-四氯二苯并对二恶英(TCDD),因其在二恶英类物质中毒性最强,所以有时国内学术界所指的二恶英特指该物质。
结构
二恶英为含有2个或1个氧键连结2个苯环的含氯有机化合物。
由2个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为PCDDs;由1个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为PCDFs。
每个苯环上都可以取代1~4个氯原子,形成众多的异构体,其中PCDDs有75种异构体,PCDFs有135种异构体。
其分子结构如下图所示:
物性
1、分子量321.96。
2、白色结晶体。
3、熔点为302~305℃, 705℃开始分解, 800℃时21s完全分解。
4、极难溶于水,可溶于大部分有机溶剂,有极强脂溶性。
常温下在水中的溶解度为7.2×10-6mg/L,在二氯苯的溶解度为1400mg/L。
5、性质稳定。
土壤中的半衰期为12a,气态二恶英在空气中光化学分解的半衰期为8.3d,体内的半衰期估计为7至11年。
1.2 二恶英的污染源
20世纪90年代初世界范围大气中二恶英的来源(kg TEQ /a)
Sources ofPCDD /Fs in air in the world
1.3 二恶英的生成机理及影响因素
目前几种被接受的PCDD /Fs生成机理主要有:
1、从头合成(De nove)反应机理
2、前驱物合成机理
3、高温气相反应机理
4、直接释放机理
从头合成反应机理被广大学者认为是PCDD /Fs的主要生成途径,其次为前驱物合成机理,而直接释放则是最为次要的生成途径。
1.3.1二恶英的“de novo”反应机理及模型
二恶英可以由化学结构不相近的化合物如聚氯乙稀(PVC)或不含氯的有机物如聚苯乙烯、纤维素、木质素、煤和颗粒碳与氯源反应生成。
更重要的是碳、氢、氧和氯等元素通过基元反应生成二恶英,在从头合成反应所需的氯主要由Deacon Process反应生成,即在催化剂(Cu2+)的作用下,从HCl转化而来。
“de novo”反应生成二恶英时(最佳反应温度300℃),飞灰可以被看作碳源、催化剂和氯源。
颗粒上碳的氧化反应可以形成PCDDs和PCDFs。
二恶英“de novo”合成反应的理论模型及反应速率表达式
表中:D表示二恶英;Ar表示其它的含碳产物;s表示固相;g表示气相;[C]-焚烧炉飞灰的含碳量(g/g);[O2]-氧气的分压力;[PCDD/F]-二恶英的含量(μg/g);t-反应时间(min)。
1.3.2二恶英的低温前驱物催化反应机理(200~500℃)
二恶英的低温前驱物催化反应包括气相前驱物的生成、气相前驱物与飞灰表面吸附前驱物的异相催化生成及固相前驱物的生成,如下图所示。
低温催化反应的前驱物可以是氯酚、氯苯等化学结构与二恶英相似的前驱物,也可以是分子结构不相似的不含氯有机物,如脂肪族化合物、芳香族化合物、乙炔和丙烯等。
氯苯和氯酚为代表性的前驱物。
由于烟气温度相对较低,气相反应生成的二恶英很少,在该温度段生成的二恶英主要为飞灰表面催化作用生成的。
二恶英的低温前驱物催化生成模型
1)二恶英的低温异相催化机理与Eley-Rideal模型
二恶英异相催化反应指烟气中的气态二恶英前驱物与被飞灰吸附的二恶英前驱物在催化作用下生成二恶英的过程,包括二恶英的生成、解吸、脱氯与分解。
有研究者提出了四步反应机理,但不同的研究者提出的模型中活化能和指前因子略有不同,而且这些变化对结果的影响很小。
二恶英的低温前驱物异相催化Eley-Rideal模型
2)二恶英低温前驱物同相催化机理与Angmuir-Hinshelwood模型
二恶英的低温前驱物同相生成指飞灰表面吸附的前驱物反应生成二恶英的过程,与异相反应一样也存在着二恶英的解吸、分解等过程,因此也可看作为四步反应模型。
其反应动力学参数通过Michael S Milligan的实验结果计算得到,反应活化能为175.8 kJ/mol。
二恶英的解吸、分解等反应式与二恶英低温前驱物异相催化机理相同
1.3.3二恶英的高温气相反应机理(500~800℃)
有研究认为,二恶英的高温气相生成在垃圾焚烧过程中并不重要,然而最近的研究结果表明,这部分二恶英不可忽略。
在580~680℃温度范围内,0.1~0.2s 的时间内可迅速生成二恶英。
小型和大型垃圾焚烧炉研究结果表明,25%的PCDD 和90%的PCDF在焚烧炉的高温烟气中(温度范围643~487℃)生成。
二恶英高温气相反应动力学模型如下表所示,共有13个反应式,满足一阶反应动力学模型。
如已知焚烧炉炉膛出口的前驱物浓度,可根据高温气相反应动力学计算得到氯酚、氯酚基团、二恶英等的浓度。
二恶英的高温气相反应动力学模型
注:P-氯酚;P0-氯酚基团;Pr-普通化合物含酚基团;D-二恶
英;R-一般有机物;R0-一般的有机物基团
1.3.4影响二恶英生成的因素
影响因素来源对PCDD/Fs生成的作用与影响
碳源未完全燃烧有
机物:有机碳、
CO
是PCDD/Fs生成的前提条件。
飞灰中含碳量的增加可导致PCDD/Fs生成的增加。
氯源Cl2、HCl则是
通过金属催化
的Deacon反
应生成Cl2
是PCDD/Fs生成的必要条件,对PCDD/Fs生成过程有重要影
响。
随着Cl2浓度的增大,PCDD/Fs生成量会明显增加(特别是当
燃料含氯在2.1%以上时影响效果更为明显)
温度生成的温度范围:250~500℃;
最佳生成温度范围:300~450℃。
飞灰有大比表面积,吸附力强,故为PCDD /Fs的生成提供必要
的反应物质和条件。
1.3 PCDD /Fs控制措施
过
程
供氧
条件
控制
优化过剩空气系数、调整一、二次风的布置和分配,使烟气和空气均
匀混和,保证较高的燃烧效率,可降低CO的浓度以及飞灰中的残碳量
和不完全燃烧的前驱物的含量,抑制PCDD/Fs的生成。
投加
添加
剂
加入的碱性添加剂可改变飞灰表面的酸性以吸收氯等来阻止PCDD /Fs
的生成。
一些添加剂和催化剂反应,通过降低催化剂的催化活性来延缓PCDD /Fs
的生成。
添加剂和二恶英的前驱物反应,通过防止前驱物的氯化来抑制PCDD/Fs
的生成。
(固体废弃物和高硫煤混燃也是基于此机理)
* :1.6%(质量比)以溶液形式注入飞灰
生
成
后
控
制
(
常见
的
PCDD
/Fs
烟气
净化
工艺组合进气温度(℃) 二恶英去除效率
(%)
备注
EP+WB -147
cylone+DSI+B
F
5.88
87.6 活性炭喷入100 kg /d
91.3 活性炭喷入115 kg /d
其它PCDD /Fs 烟气净化技术选择
性催
化还
原剂
(SCR
)对
PCDD
/Fs
的催
化分
解
特点:1)SCR系统对PCDF的去除效率(97.1%~99.8%)大于对PCDD的去除效率(96.5% ~99.3%);
2)SCR系统能有效分解气相中的PCDD /Fs,且分解作用大于对颗粒相中PCDD /Fs的分解作用,并且对颗粒相中的PCDD /Fs分解作用则随取代氯数目的增多而降低。
缺点:与活性炭吸附系统对PCDD /Fs的简单相转移相比,SCR系统降解了气相中的PCDD /Fs,且PCDD /Fs的排放总量也没有增加。