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能遏止产生二噁英的包装塑料薄膜

2021年07月23日 荆门机械设备网

能遏止产生二噁英的包装塑料薄膜

近年来,围绕地球环境的社会问题日趋严重化,如何尽可能地减少因人为因素造成对环境的污染、破坏及资源浪费,已成为全人类十分关注和急需解决的课题。

就使用量极大的塑料薄膜而言,由于其种类繁多,分别回收的难度和经济成本等问题,难以真正实现废弃薄膜的回收再生利用。所以目前多数国家仍只能采取将其与一般垃圾一样,运出后进行焚烧减容处理、或深埋处理。然而,在这一处理过程中,由于会排出大量的二噁英类或重金属等有害物质导致环境污染,尤其是产生的二噁英类污染物质,因其具有极大的毒性,迫使人们不得不紧急采取了一些相应的对策。

在垃圾焚烧过程中,最易生成二噁英类物质的阶段是燃烧的初期。因为在这一阶段,或是从链状碳化氢中生成氯苯(Chlirobevzenz)(CB)或氯代苯酚 (Chlirophenol)(CP)等前驱体的途径,或是在烟道集尘器附近温度较低的区域( 250-500℃)碳、氯等元素重新合成为CB、CP类物质。无论是经过哪一种路径,都是由于垃圾在焚烧炉内的不完全燃烧而产生未经燃烧的聚合状碳结构物质(如苯环)的缘故。因此如何使垃圾充分快速地完全燃烧,成了解决问题的关键。日本大仓工业株式会社为解决无害化处理废弃塑料垃圾这一难题,研究开发了一咱新型塑料薄膜。它是通过在薄膜中加入活性氧化铁的方法,利用活性氧化铁优良的燃烧催化作用,极大地提高了废弃塑料垃圾的燃烧速度,有效地抑制了二噁英类有害物质的产生。因而被誉为清洁焚烧型塑料薄膜。

生成这种新型薄膜的添加剂氧化铁,远在古代就作为一种名叫“铁丹”的红色颜料而被广泛应用于绘制壁画。其储藏量极为丰富,其克拉克数(Clark)为4,且对人畜无害。在燃烧反应过程中,由于其具备极强的氧化活性作用,所以作为一种燃烧催化剂其效果相当明显。氧化铁的种类很多,如无磁性的红色赤铁矿(α—Fe2O3)、黄色针铁矿(α—FeOOH),具有磁性的黑色磁铁矿(Fe3O4)和褐色磁赤铁矿(γ—Fe2O3)等。

为了获得最理想的燃烧催化效果,研究者做了大量的对比试验。比如通过燃烧添加有不同形状、不同颗粒直径、不同表面积的氧化铁的薄膜,并应用热重量测定法(PG法)测定和评价其燃烧速度的差异。如果在空气中以10℃每分钟的温升速度同时燃烧添加了薄膜重量1%的针铁矿(α—FeOOH)的聚乙烯(PE)薄膜和同样大小、重量的未添加针铁矿的PE薄膜。试验结果表明前者完全燃烧所需的时间仅是后者的1/3。而且试验还表明薄膜中加入外形呈纺锤状的表面积最大的针铁矿(α—FeOOH),其促使快速燃烧的性能最为突出。

那么,为什么活性氧化铁(针铁矿α—FeOOH)能具备促使快速燃烧的功能呢?根据日本德岛大学工学部通过高温X射线对其结构的分析和参照甲烷氧化的机理,从在燃烧过程中发现针铁矿α—FeOOH变化为分子结构不同的赤铁矿Fe2O3的现象推断,产生燃烧催化机能的原因正是由于高度氧化状态的三价氧化铁与低氧化状态的二价氧化铁之间在高温状态下不断反复进行氧化、还原反应的结果。

下面举两个应用实例,说明采用这一技术能有效降低二噁英类物质的产生。

日本三菱重工有限公司用两组成分均为90%的聚乙烯(PE),10%的乙烯树脂(PVC)的薄膜在输送带式焚烧炉中作燃烧试验,一组薄膜添加了1%的针铁矿(α—FeOOH),而另一组未添加。焚烧温度都为700℃,原料供给速度均为3kg/hr。试验结果表明,添另了针铁矿的一组在排出的气体中其co的含量(10ppm)只有未添加针铁矿(125ppm)的10%,这不但大大提高了燃烧效率,而且由于其燃烧催化的效果,在使从烟道口排出的烟气中所含的二噁英类物质量由12ng/Nm3(每标准立方米含纳克数)锐减至1.8ng/Nm3,降低了90%。

在广岛大学工学部,试验者将从校园内收集的可燃烧的垃圾分别装入用普通的聚乙烯薄膜垃圾袋和添加了1%活性针铁矿的聚乙烯薄膜垃圾袋中,并分别投入炉中焚烧,进行对比试验。试验结果证明在整个燃烧温度范围内,烟道排出的废气中二噁英的含量后者比前者大约低50ng/Nm3。而且CO的浓度也降低了30%,充分证明了活性针铁矿的助烯功能。

添加的活性针铁矿在燃烧温度达到800℃以上时,能与垃圾中所含的可溶于水的锌、铅等重金属氧化物发生反应,生成不溶于水的铁酸盐,因此在掩埋处理焚烧后的残灰残渣时,可有效防止因重金属溶出而污染环境。

同时,据称这种塑料薄膜还具有能吸收紫外线的特性,因此在日本已被广泛用作包装材料,需求量剧增。自开发至今4年来,其销售额已达到1500万美元。而且,生产这种塑料薄膜,不需新增专门设备,利用原有设备即可生产,因此具有广泛的推广价值。

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