【摘 要】
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全氟化合物(PFASs)是一类具有很高稳定性的人造有机化合物,既不亲水又不亲油,具有十分独特的性质,因此被大量生产并广泛应用于日用品中。大部分全氟化合物都会随着日用品寿命的完结而变成市政垃圾进行焚烧或热解,这些含全氟化合物的垃圾通过焚烧或热解处理后可产生有害气体,其排放会对环境造成污染,增强温室效应,并且可在大气中长时间存在,影响大气的循环。本论文通过研究全氟化合物的热行为,可对全氟化合物热分解可
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全氟化合物(PFASs)是一类具有很高稳定性的人造有机化合物,既不亲水又不亲油,具有十分独特的性质,因此被大量生产并广泛应用于日用品中。大部分全氟化合物都会随着日用品寿命的完结而变成市政垃圾进行焚烧或热解,这些含全氟化合物的垃圾通过焚烧或热解处理后可产生有害气体,其排放会对环境造成污染,增强温室效应,并且可在大气中长时间存在,影响大气的循环。本论文通过研究全氟化合物的热行为,可对全氟化合物热分解可能排放出的有害温室气体进行预测和预警。加入Ca(OH)2进行矿化,不仅可生成环境友好型Ca F2,而且会大量减少有害气体的产生和对全氟化合物进行热稳定化处理。本文选取5种不同官能团的PFASs,包括全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟辛烷磺酰胺(PFOSA)、氯代多氟烷基醚磺酸盐(F-53B)、全氟辛酸(PFOA)和8:2氟调聚醇(8:2FTOH)作为研究对象。采用热重/差示扫描量热(TGA/DSC)分析,考察这5种全氟化合物的热分解特性(如:失重情况、热分解温度等)。采用热分解装置对其在不同温度(100-900°C)下进行热处理,使用气相色谱质谱联用(GC/MS)进行检测,研究官能团、温度和氢氧化钙对全氟化合物热分解气体产物的影响及其热分解机理。采用X射线衍射(XRD)技术对固体产物进行定性和定量分析,研究氢氧化钙对全氟化合物的固氟效率,分析不同温度下固体产物的变化规律。主要得出了以下结论:1.研究了TGA/DSC曲线,结果表明:PFOS和PFOSA、F-53B、PFOA和8:2 FTOH分别在430°C、418°C、350°C、85°C和55°C开始分解。热稳定性强弱顺序是PFOS>F-53B>PFOSA>8:2FTOH>PFOA。PFOS、PFOSA和F-53B的热分解过程由2个阶段组成,主要是其分解所致。PFOA与8:2 FTOH热分解特性相似,都是单步分解的过程,主要是自身受热挥发与分解所致。2.研究了热分解后气体产物的种类变化规律,结果表明:不同官能团的全氟化合物热解产物有较大的不同。PFOS主要热分解为全氟碳气体CnF2n+2(n=4,5,6,7,8),PFOSA主要分解为氢氟碳化物(C8H3F13、C6H3F9和C6HF13),F-53B主要分解为氯氟碳化物(C6Cl2F12、C4Cl2F8,C2Cl2F4和C2Cl F5),PFOA主要分解为全氟碳气体CnF2n(n=4,5,6,7)和C6HF13,8:2 FTOH主要热分解为FTOHs,全氟碳气体CnF2n+2(n=6,7,8)和氢氟碳化物。温度对全氟化合物热解产物有显著的影响,随着温度的升高,气体产物的种类增加,可产生更小分子的气体产物。加入氢氧化钙会使生成气体产物组分种类明显减少,生成新的气体产物,增强反应能力,加速固相反应。5种全氟化合物热分解都是经过一级反应和二级反应,即全氟化合物热分解为一级热解产物,一级热解产物中大分子产物也可热解为较小分子的产物,但是具体热解方式有所不同。3.研究了固体产物的组分及其含量变化规律,结果表明:5种PFASs和Ca(OH)2进行热处理后产生的固体产物组分差别不大,但组分含量各不相同。其中Ca(OH)2对PFOS、F-53B的氟矿化效果较好,可生成较多的Ca F2。PFOSA、PFOA和8:2 FTOH的氟矿化能力较差,生成Ca F2较少,其他固体产物都占有一定的比例。Ca(OH)2对全氟化合物热分解产物固氟效果不同。在400-900°C,Ca(OH)2对PFOS和F-53B的固氟效果较好,能达到90.0%以上,在600°C,Ca(OH)2对F-53B的固氟效果达到最佳为95.0%。
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