废旧电路板热拆解过程中多溴联苯醚的排放特征研究

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废旧电路板(WPCBs)是电子废弃物的重要组成部件,具有回收价值高但污染性强的两面性。加热拆解技术被普遍适用于电子元器件的拆卸过程,但受热释放的有害物质制约着WPCBs资源化回收的绿色发展。现有研究主要调查了电子垃圾拆解区附近环境介质中多溴联苯醚(PBDEs)与重金属等污染物的污染状况,对其生成与排放特征的研究较少。本文通过加热模拟实验与实际加热拆解实验,综合研究WPCBs热拆解过程中PBDEs与重金属的排放与分布特征。本文首先探究了WPCBs上不同材料的热降解特性,并分别研究不同材料受热释放的PBDEs。热稳定性较差的基板、插槽、电容器塑料表皮是WPCBs加热拆解过程中PBDEs的重要来源。基板受热排放的PBDEs浓度水平均大于后两者,是PBDEs的主要来源。释放的PBDEs分布于烟气、液相油与固体残渣,烟气是PBDEs向环境迁移的主要载体。以基板为例,研究温度与结构改变对PBDEs排放水平与同系物组成特征的影响。PBDEs排放因子随温度的升高而增大,260℃时基板碎片与粉末对∑39PBDEs的排放因子分别比100℃时增加了13与98倍。基板粉末中∑39PBDEs的排放因子为243.13~3365.44μg/g,是未经结构破坏的基板碎片对应排放因子的4~30倍。PBDEs的排放以单溴至三溴代PBDEs为主,基体结构破坏会使其释放的量在∑39PBDEs的占比更高。采用中试装置进行带元器件WPCBs的实际加热拆解实验,研究加热拆解过程中烟气中PBDEs与重金属(Sb、Pb、Zn、Cu、Cr、Cd)的排放特征。颗粒相PBDEs的排放在烟气中占主导地位,260℃时,气相∑39PBDEs排放因子是25.00ng/g,颗粒相∑39PBDEs排放因子为649.08ng/g。颗粒物呈双峰分布模式,峰值分布于0.4-0.7与5.8-9.0μm粒径段。100、150℃时,∑39PBDEs主要富集于粗颗粒,而200、260℃时,∑39PBDEs在0.7-1.1μm细颗粒粒径呈现单峰分布。高溴代PBDEs的质量中值直径(MMAD)小于2.5μm,主要吸附于粗颗粒,而低溴代同系物则主要富集于细颗粒。PBDEs的粒径分布与颗粒物中的半挥发性及挥发性有机碳质的粒径分布存在显著相关关系。颗粒相Sb、Pb、Zn、Cu、Cr、Cd的排放水平均随温度升高而增加,高温下Sb与Pb的污染状况较其他重金属突出。在最佳拆解温度下,PM10中总重金属排放水平为33.53μg/m~3,含量由高到低依次为:Sb>Pb>Zn>Cu>Cr>Cd。Pb、Cu、Cd主要分布在细颗粒,而Zn、Cr、Sb主要富集于粗颗粒。本研究为废旧电路板热拆解过程中PBDEs与重金属等污染物的污染特征和排放控制提供了一定的理论基础和参考数据。
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