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随着科技进步和社会发展,电子垃圾产生量迅速增加,电子垃圾中除具有回收价值的贵金属和塑料等材料外,还含有大量有毒污染物。电子垃圾一般经热处理等方法回收金属、塑料等材料或与生活垃圾一起进入市政废物焚烧流水线,其结果是产生大量持久性有毒污染物并给环境带来新的问题。本研究在实验室中模拟电子垃圾回收热处理过程,在常用塑料中加入三种常用含溴阻燃剂,按照一定比例配制成三种塑料基质,在自制实验装置上进行热处理研究。通过设定不同升温速率、不同热处理气氛研究不同基质中含溴阻燃剂热稳定性和动力学规律,对热处理塑料基质产物进行了分析。研究热处理产生二次污染物-溴代二噁英(PBDD/Fs)的生成特点,为实际热解电子垃圾过程中溴代二噁英(PBDD/Fs)的产生途径及产生特点提供可靠的理论数据,为电子垃圾的热处理及回收工艺路线提供了可供参考的理论依据。 研究工作主要由三部分组成。 首先,通过实验室自制加热设备,对三种含溴阻燃剂在不同塑料基质中的热处理进行了一系列研究,并对恒定升温速率下所得数据使用Origin8.0中sigmoidal函数和Kinetic2000软件进行拟合。结果表明,热处理过程的反应温度与含溴阻燃剂剩余率之间存在负相关并遵循所得动力学方程。实验还研究了开放体系下有氧(空气)和无氧(氮气)气体氛围中阻燃剂的灼烧剩余率与反应温度之间的关系。 其次,对模拟热处理过程中含溴阻燃剂产生的中间产物进行了初步研究;在PE塑料基质热处理产物中检测到了15种八溴至九溴代PBDEs。 最后,实验研究了含溴阻燃剂和不同塑料介质在模拟热处理体系中溴代二噁英的生成特征。模拟过程分别在两种体系(开放和封闭体系)和两种气体氛围(空气及氮气)中进行,并研究了加入金属单质后对溴代二噁英(PBDD/Fs)生成量的影响。结果表明,在不同塑料介质中,三种阻燃剂在空气介质中溴代二噁英(PBDD/Fs)的生成量明显高于氮气介质中的生成量,说明空气气体氛围较之氮气氛围更有利于溴代二噁英(PBDD/Fs)的产生。实验所选三种阻燃剂,PE基质中十溴联苯醚在两种气体氛围中生成的溴代二噁英(PBDD/Fs)水平较高,可达数百μg/g(ppm)水平;PBDD/Fs生成量在实验温度范围内随温度升高而增加。相同条件下,ABS和PS两种塑料中的含溴阻燃剂经热处理产生的溴代二噁英(PBDD/Fs)含量在ng/g(ppb)水平;加入金属元素铜、铁、锌、镍后,发现在空气(有氧)气体氛围中溴代二噁英(PBDD/Fs)的生成量高于氮气(无氧)气体氛围1-2个数量级,且随着实验温度的升高,溴代二噁英(PBDD/Fs)的生成量呈增加趋势,四种金属中铜对溴代二噁英(PBDD/Fs)的产生表现出较好的催化效果。相同实验条件封闭体系下,溴代二噁英(PBDD/Fs)生成总量的顺序为∑PBDD/Fs(PS塑料基质)<∑PBDD/Fs(ABS塑料基质)<∑PBDD/Fs(PE塑料基质),三种塑料基质在200℃-500℃区间范围内溴代二噁英(PBDD/Fs)生成量均呈现先升高再降低再升高的倒“U”型分布趋势。以上研究表明,对于不同种类的塑料介质和溴代阻燃剂,温度的选择以及添加金属元素的种类会影响热处理后溴代二噁英的生成量。