分解二噁英前體的催化劑篩選系統及其使用方法與流程
2023-12-10 05:58:47
本發明屬於二噁英催化劑技術領域。尤其涉及一種分解二噁英前體的催化劑篩選系統及其使用方法。
背景技術：
二噁英是指多氯代二苯並二噁英(PCDDs)和多氯代二苯並呋喃(PCDFs)的總稱。都是持久性有機汙染物(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、免疫力低下和發育畸形等惡性疾病。大氣環境中的二噁英主要來源於：鋼鐵冶煉，有色金屬冶煉，汽車尾氣，焚燒生產(包括醫藥廢水焚燒，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品、各種廢棄物特別是醫療廢棄物在燃燒溫度低於300~400℃時容易產生二噁英；聚氯乙烯塑料、紙張、氯氣以及某些農藥的生產環節、催化劑高溫氯氣活化等過程都可向環境中釋放二噁英。城市生活垃圾焚燒產生的二噁英受到的關注程度最高，焚燒生活垃圾產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，焚燒溫度低於800℃，含氯垃圾不完全燃燒，極易生成二噁英。燃燒後形成氯苯，後者成為二噁英合成的前體；2.其他含氯、含碳物質如紙張、木製品、食物殘渣等經過銅、鈷等金屬離子的催化作用不經氯苯生成二噁英；3.在製造包括農藥在內的化學物質，尤其是氯系化學物質，像殺蟲劑、除草劑、木材防腐劑、落葉劑、多氯聯苯等產品的過程中派生。對於煙氣中二噁英類汙染物的處理技術，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。前兩種方法由於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，由於活性炭的吸附容量不可在線實時監控，實際中都是通過人工經驗加以判斷，當垃圾種類或處理量、焚燒廠生產運行狀態等參數發生變化時，很容易造成二噁英超標排放，嚴重危害周邊居民健康。並且所採用的吸附劑活性炭等在完成二噁英類物質的吸附後，因為含有高濃度的二噁英而變為危險廢物，仍然需要進行特殊處理。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生的目的。而在實際情況下，二噁英通常不能直接產生，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生。然而，目前對於二噁英前體能夠實現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、實用催化劑產品，同時，對於現有的不太成熟的催化劑的配方、製備工藝與其工作條件、作用效率、持續作用時間等性能之間的對應關係都缺乏定量的且較準確的數據支撐。
技術實現要素：
本發明旨在克服現有技術的缺陷，目的在於提供一種結構簡單、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；使用該系統能夠快速、有效和準確地測試出該催化劑的作用效率、使用條件、持續時間等技術性能，從而篩選出能夠高效分解二噁英前體的催化劑。為解決上述問題，本發明所採取的技術方案是：分解二噁英前體的催化劑篩選系統的結構是：所述系統包括氣泵、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。氣泵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。所述第一鼓泡反應器外部安裝有自控溫加熱器。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。所述耐高溫過濾材料為玄武巖纖維、巖棉、玻璃纖維、碳纖維、不鏽鋼纖維、芳綸、滌綸中的一種，耐高溫過濾材料內含有催化劑。所述第二鼓泡反應器和第三鼓泡反應器內裝有溶劑，溶劑為甲醇或乙醇。所述第一鼓泡反應器內填充有液態二噁英前體，二噁英前體為五氯酚、氯苯、多氯聯苯中的一種。所述相通是採用耐高溫氣密軟管連通。所述分解二噁英前體的催化劑篩選系統的使用方法是：步驟一、向第一鼓泡反應器中裝入1~10kg液態二噁英前體，在耐高溫過濾材料填充管內部填充1~20kg含有濃度0~5wt%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1~10kg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℃；開啟溫度控制器，設置溫度控制器的溫度為200~350℃；步驟三、調節三通閥，接通耐高溫過濾材料填充管和第三鼓泡反應器；步驟四、開啟氣泵，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達到設置溫度時，調節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、調節三通閥至耐高溫過濾材料填充管和第三鼓泡反應器連通，關閉氣泵；步驟七、將反應後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，記錄測試結果；步驟八、用當催化劑濃度為0時測得的液態二噁英前體色譜積分峰面積，減去當催化劑濃度大於0時測得的液態二噁英前體色譜積分峰面積，所得差值與當催化劑濃度為0時測得的液態二噁...