分解二噁英前体的催化剂筛选系统及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于二噁英催化剂技术领域。尤其涉及一种分解二噁英前体的催化剂筛选系统及其使用方法。
【背景技术】
[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)的总称。都是持久性有机污染物(POPs)，具有生物累积效应，可通过皮肤、消化道、呼吸道等途径进入人体，引起皮肤氯痤疮、头痛和失眠等疾病，甚至会引起恶性肿瘤、免疫力低下和发育畸形等恶性疾病。
[0003]大气环境中的二噁英主要来源于:钢铁冶炼，有色金属冶炼，汽车尾气，焚烧生产(包括医药废水焚烧，化工厂的废物焚烧，生活垃圾焚烧，燃煤电厂等)；含铅汽油、煤、防腐处理过的木材以及石油产品、各种废弃物特别是医疗废弃物在燃烧温度低于300?400°C时容易产生二噁英；聚氯乙烯塑料、纸张、氯气以及某些农药的生产环节、催化剂高温氯气活化等过程都可向环境中释放二噁英。
[0004]城市生活垃圾焚烧产生的二噁英受到的关注程度最高，焚烧生活垃圾产生二噁英主要有三种途径:1.在对氯乙烯等含氯塑料的焚烧过程中，焚烧温度低于800°C，含氯垃圾不完全燃烧，极易生成二噁英。燃烧后形成氯苯，后者成为二噁英合成的前体;2.其他含氯、含碳物质如纸张、木制品、食物残渣等经过铜、钴等金属离子的催化作用不经氯苯生成二噁英;3.在制造包括农药在内的化学物质，尤其是氯系化学物质，像杀虫剂、除草剂、木材防腐剂、落叶剂、多氯联苯等产品的过程中派生。
[0005]对于烟气中二噁英类污染物的处理技术，目前较成熟处理方法主要是过滤捕集法、活性吸附法和催化分解法。前两种方法由于运营成本较低而被广泛使用，如“一种垃圾焚烧烟气中二噁英吸附装置”(CN103551011A)、“一种烧结砖烟气中二噁英的处理装置”(CN102494542A)、“生活垃圾焚烧烟气中二噁英收集方法” (CN102000443A)、“一种烧结烟气脱除二氧化硫和二噁英的装置及方法”(CN102228788A)、“二噁英类的分级分离方法”(CN104487840A)。其中，过滤捕集法通过高温烟气过滤材料只能将二噁英微粒捕捉收集起来，避免其直接排到大气当中，没有清除二噁英的作用。而活性吸附法通常是利用过滤器中的活性炭吸附作用来捕集二噁英，但是活性炭的吸附容量随着运行时间会逐渐降低，由于活性炭的吸附容量不可在线实时监控，实际中都是通过人工经验加以判断，当垃圾种类或处理量、焚烧厂生产运行状态等参数发生变化时，很容易造成二噁英超标排放，严重危害周边居民健康。并且所采用的吸附剂活性炭等在完成二噁英类物质的吸附后，因为含有高浓度的二噁英而变为危险废物，仍然需要进行特殊处理。
[0006]相比之下，催化分解可以把二噁英及其前体分解成无机小分子，从而达到彻底消除二噁英或阻止二噁英产生的目的。而在实际情况下，二噁英通常不能直接产生，而是由其前体在一定的温度与催化作用下反应生成。因此，如果能够有效清除在高温烟气中二噁英的前体，就能有效阻止二噁英的产生。然而，目前对于二噁英前体能够实现彻底催化分解作用的催化剂的研究不够深入，缺乏成熟、高效、实用催化剂产品，同时，对于现有的不太成熟的催化剂的配方、制备工艺与其工作条件、作用效率、持续作用时间等性能之间的对应关系都缺乏定量的且较准确的数据支撑。
【发明内容】
[0007]本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的在于提供一种结构简单、成本低廉和操作方便的分解二噁英前体的催化剂筛选系统;使用该系统能够快速、有效和准确地测试出该催化剂的作用效率、使用条件、持续时间等技术性能，从而筛选出能够高效分解二噁英前体的催化剂。
[0008]为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是:分解二噁英前体的催化剂筛选系统的结构是:所述系统包括气栗、气体流速计、第一鼓泡反应器、耐高温过滤材料填充管、三通阀、第二鼓泡反应器、冷凝回流器和第三鼓泡反应器。
[0009]气栗的出口通过气体流速计与第一鼓泡反应器的入口相通，第一鼓泡反应器的出口与耐高温过滤材料填充管的入口相通，耐高温过滤材料填充管的出口处装有三通阀。三通阀的一个出口与第二鼓泡反应器的入口相通，三通阀的另一个出口分别与第三鼓泡反应器的入口和冷凝回流器的出口相通，冷凝回流器的入口与第二鼓泡反应器出口相通。
[0010]所述第一鼓泡反应器外部安装有自控温加热器。
[0011]所述耐高温过滤材料填充管的壳体外壁装有加热器，热电偶穿过加热器插入到耐高温过滤材料填充管的中部，温度控制器的信号输入端通过信号线与热电偶连接，温度控制器的信号输出端通过信号线与加热器连接。
[0012]所述耐高温过滤材料为玄武岩纤维、岩棉、玻璃纤维、碳纤维、不锈钢纤维、芳纶、涤纶中的一种，耐高温过滤材料内含有催化剂。
[0013]所述第二鼓泡反应器和第三鼓泡反应器内装有溶剂，溶剂为甲醇或乙醇。
[0014]所述第一鼓泡反应器内填充有液态二噁英前体，二噁英前体为五氯酚、氯苯、多氯联苯中的一种。
[0015]所述相通是采用耐高温气密软管连通。
[0016]所述分解二噁英前体的催化剂筛选系统的使用方法是:
步骤一、向第一鼓泡反应器中装入I?1kg液态二噁英前体，在耐高温过滤材料填充管内部填充I?20kg含有浓度O?5wt%催化剂的耐高温过滤材料，向第二鼓泡反应器和第三鼓泡反应器中装入I?I Okg溶剂；
步骤二、开启自控温加热器，设置自控温加热器的温度为20?100°C;开启温度控制器，设置温度控制器的温度为200?350°C ;
步骤三、调节三通阀，接通耐高温过滤材料填充管和第三鼓泡反应器；
步骤四、开启气栗，设定气体流速计的流速为0.2?5L/min ；
步骤五、当自控温加热器和温度控制器的读数达到设置温度时，调节三通阀至耐高温过滤材料填充管和第二鼓泡反应器连通，保持5?120min;
步骤六、调节三通阀至耐高温过滤材料填充管和第三鼓泡反应器连通，关闭气栗；步骤七、将反应后的第二鼓泡反应器中的溶剂搅拌均匀，取样，用气相色谱测试，记录测试结果； 步骤八、用当催化剂浓度为O时测得的液态二噁英前体色谱积分峰面积，减去当催化剂浓度大于O时测得的液态二噁英前体色谱积分峰面积，所得差值与当催化剂浓度为O时测得的液态二噁英前体色谱积分峰面积之比，即为所述催化剂在步骤一至步骤七的条件下对液态二噁英前体的分解效率。
[0017]由于采用上述技术方案，本发明所产生的有益效果在于:
本发明所述催化剂筛选系统结构简单、使用便捷、工作周期较短和成本低廉，只需一个操作人员即可在较短时间内搭建系统并独立进行操作，直至完成所有的测试工作。
[0018]虽然催化剂对液态二噁英前体分解效率的影响因素较多，主要有催化剂种类、催化剂浓度、液态二噁英前体温度、耐高温过滤材料温度、气体流速、保持时间等，但是本发明能分别通过自控温加热器、温度控制器、气体流速计和计时器稳定的控制，只要采用控制变量法进行实验，并通过气相色谱仪对结果进行精确定量测试，就能准确可靠的分别测试出催化剂种类、催化剂浓度、液态二噁英前体温度、耐高温过滤材料温度、气体流速、保持时间对实验结果的影响程度。
[0019]在处理结果时，用当催化剂浓度为O时测得的液态二噁英前体色谱积分峰面积，减去当催化剂浓度大于O时测得的液态二噁英前体色谱积分峰面积，所得差值与当催化剂浓度为O时测得的液态二噁英前体色谱积分峰面积之比，即得所述催化剂在不同浓度、不同温度、不同载气流速、不同保持时间的条件下对二噁英前体的分解效率。
[0020]本发明的使用方法与工业化的二噁英产生与排放过程相结合，切实可行、容易掌握、实验条件容易实现且易于定量稳定地控制。同时，由于气相色谱仪在极小剂量和极低浓度下就能显著地区分不同试样，因而在每次实验过程中只需要产生极少量的液态二噁英前体的蒸汽，所述蒸汽在气流的带动下，经过含有催化剂的耐高温过滤材料被催化分解以后进入溶剂中，此时溶剂中溶解有未反应完全的二噁英前体和反应产物，即可取样进行测试。而且，搜集反应产物所需的溶剂量也很少，再加上第三鼓泡反应器能够有效处理反应废气与尾气，因此整个系统在工作过程中对人与环境都比较友好。
[00