废弃太阳能电池板热处置过程中有机污染物的筛查解析

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废弃太阳能电池板热处置过程中,在经历燃烧的过程中,碳源以及各种金属及其化合物的催化下,在烟气冷却过程中历经的适宜温度,很有可能造成大量有机污染物的生成与排放。实现废弃太阳能电池板的无害化处理和资源控制,是环境科学领域关注和研究的热点问题。本研究以废弃多晶硅太阳能电池板为研究对象,开展系列模拟研究,结合气相色谱-质谱技术,探究了热处置产物中有机污染物的种类及污染水平,并识别、量化产物中的多溴联苯醚(PBDEs)、溴代二恶英(PBDD/Fs)以及氯代二恶英(PCDD/Fs)。具体研究内容如下:首先,依托扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等技术手段对废弃多晶硅太阳能电池板的结构、材料及理化性质进行表征,研究表明太阳能电池板为多层复合结构,层与层之间通过聚合材料进行粘结,证实太阳能电池板中有Cu、Fe、Al等金属的存在。借助热重仪对不同气氛下废弃多晶硅太阳能电池板的热失重区间进行分析测定,为模拟实验的温度设定提供参考依据。第二,开展了废弃太阳能电池板热处置过程中有机污染物识别与筛查研究,探究了反应时间、反应温度和反应气氛等因素对有机污染物生成和排放的影响。气相色谱/质谱联用的结果表明:热处置产物中存在着大量的有机污染物,主要以烃类、芳香烃、醇类、醛类、酮类、酚类和酯类化合物为主。通过对气、固、液三相产物分析发现:气相产物中存在的污染物的种类最多,其次是液相,固相残留中污染物的种类明显低于前两相。热处置时间和反应气氛对热处置产物中有机污染物的种类有显著的影响。第三,开展了废弃太阳能电池板热处置过程中PBDEs的生成特征研究,探究了热处置温度、热处置时间和反应气氛对PBDEs生成的影响。研究结果表明:废弃太阳能电池板热处置产物中存在PBDEs明显的生成与排放,其浓度水平为37.50~284.74 ng/g。热处置温度、热处置时间和热处置气氛均为影响PBDEs生成的重要因素,在600℃热处置温度,60 min热处置时间的Air气氛下,PBDEs的生成量最大。PBDEs的同类物生成特征表明:BDE-3、BDE-206、BDE-207和BDE-209是主要的同类物。第四,开展了废弃太阳能电池板热处置过程中PBDD/Fs的生成特征研究。明确了热处置温度、热处置时间和热处置反应气氛对=PBDD/Fs生成的影响,探究了PBDD/Fs的生成特征及可能的生成途径。研究表明:在废弃太阳能电池板热处置过程中存在PBDD/Fs的生成与排放,其浓度水平为304.90-1057.44 ng/g,温度、时间和气氛均为热处置过程中PBDD/Fs生成的关键影响因素,PBDD/Fs的同类物分布特征表明:贡献率最大的为Hp BDD/Fs和Oc BDD/Fs。PBDD/Fs同类物相关性表明:太阳能电池板热处置过程中Te BDD/Fs与Pe BDD/Fs存在相同的生成途径,Pe BDD/Fs和Hx BDD/Fs的溴化反应是生成Hp BDD/Fs和Oc BDD/Fs的重要途径。最后,开展了废弃太阳能电池板热处置过程中PCDD/Fs的生成特征研究.,探究了气氛氛围、温度和时间对热处置过程中PCDD/Fs生成水平的影响。研究表明:废弃太阳能电池板热处置过程中,存在着PCDD/Fs的生成与排放,其浓度水平为6001.98-11656.75pg/g。热处置温度、时间及气氛条件均为影响热处置过程中PCDD/Fs生成水平的重要因素,PCDD/Fs同类物的生成特征表明,废弃太阳能电池板热处置过程中,PCDFs与PCDDs存在不同的生成途径,Te CDD/Fs和Pe CDD/Fs的氯化反应是Hp CDD/Fs和Oc CDD/Fs的重要生成途径。
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