【摘要】：隨著科技的迅猛發(fā)展,電子電器產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度在不斷加快,迅速增加的電子垃圾也成為困擾全球環(huán)境和人類健康日益突出的問題。電子垃圾不但數(shù)量巨大,其中還含有大量的有毒有害持久性有機污染物,包括溴代阻燃劑(BFRs)。在電子垃圾的回收處理過程中溴代阻燃劑會不斷地向環(huán)境中釋放,因此關于預測電子垃圾中溴代阻燃劑的釋放動力學問題方面的研究是環(huán)境科學領域的一件大事。且對于電子垃圾的熱處理、露天焚燒等粗放式的回收處理也會加快溴代阻燃劑的釋放,例如BDE-209,因此也亟需開發(fā)出去除電子垃圾燃燒廢氣中溴代阻燃劑的新方法和新技術。本文以電子垃圾塑料顆粒為研究主題,以其中所含的溴代阻燃劑,包括多溴聯(lián)苯醚(polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)和1,2-雙(2,4,6-三溴苯氧基)乙烷(1,2-bis(2,4,6-tribromophenoxy),BTBPE)為目標化合物,研究了電子垃圾塑料顆粒中溴代阻燃劑的釋放動力學。并以BDE-209為目標污染物,借助多孔礦物沸石作為微波誘導降解BDE-209的吸附載體,建立了一種基于多孔礦物吸附和微波誘導降解耦合去除電子垃圾塑料熱處理廢氣中BDE-209的新型處理方法。論文的主要內(nèi)容和研究結果如下:首先,利用空氣被動采樣結合索氏抽提技術我們研究了由兩種電腦外殼塑料處理而成的毫米級別的顆粒中含有的9種PBDEs和BTBPE在自然環(huán)境相關的三種溫度(10,30,50 oC)下的釋放動力學,電子垃圾塑料中含有的PBDEs和BTBPE在空氣中的釋放速率被首次報導,并估算了9種PBDEs和BTBPE在電子垃圾塑料顆粒中的擴散系數(shù)、活化能,以及釋放半衰期。結果發(fā)現(xiàn),十溴聯(lián)苯醚是電子垃圾塑料中最主要的多溴聯(lián)苯醚,約占87-89%,BTBPE也有較高的含量,但它們在自然環(huán)境下向環(huán)境介質中的輸入通量都非常低。電子垃圾塑料中溴代阻燃劑的釋放動力學可以用一維擴散模型進行模擬,與溫度有關的擴散系數(shù)可以用阿倫尼烏斯公式進行描述。自然環(huán)境中(30 oC)電子垃圾塑料中溴代阻燃劑的擴散系數(shù)的估算值為10-27.16-10-19.96 m~2·s~(-1),擴散活化能為88.4-154.2 k J·mol-1。自然環(huán)境中溴代阻燃劑的釋放半衰期可以達到幾千年到幾十億年。根據(jù)本實驗得出的CRT顯示器塑料顆粒(2.28×10-27 m~2·s~(-1))和LCD顯示器塑料顆粒(1.89×10-24 m~2·s~(-1))中BDE-209的擴散系數(shù),對2002年中國廣東省珠江三角洲地區(qū)電子垃圾塑料中BDE-209的釋放通量進行了估算,分別為63和1818 kg/yr。其次,利用水體被動采樣結合液液萃取技術我們研究了由兩種電腦外殼塑料處理而成的毫米級別的顆粒(1.7 mm)中含有的9種PBDEs和BTBPE在自然環(huán)境相關溫度下的水體中的釋放動力學曲線,電子垃圾塑料中含有的PBDEs和BTBPE在水體中的釋放速率被首次報導,并估算了9種PBDEs和BTBPE在電子垃圾塑料顆粒中的擴散系數(shù)、活化能,以及釋放半衰期。結果發(fā)現(xiàn),和空氣中電子垃圾塑料顆粒中溴代阻燃劑的釋放結果相似,自然溫度下向環(huán)境介質中的輸入通量也非常低。用一維擴散模型進行模擬微塑料中溴代阻燃劑的釋放動力學。自然環(huán)境中(17.4 oC)電子垃圾塑料中溴代阻燃劑的擴散系數(shù)的估算值為10-26.46-10-19.26 m~2·s~(-1)(17.4 oC),且電子垃圾塑料顆粒中溴代阻燃劑的擴散系數(shù)的自然對數(shù)值隨著擴散分子的直徑的增加呈現(xiàn)線性降低的趨勢;擴散表觀活化能為64.13-131.83 k J·mol-1,且電子垃圾塑料顆粒中溴代阻燃劑的擴散表觀活化能隨著擴散分子的直徑的增加呈現(xiàn)線性增加的趨勢。自然水環(huán)境中溴代阻燃劑的釋放半衰期可以達到幾百到幾十億年。這個結果也再次證實了不管溴代阻燃劑向水中還是向空氣中釋放,塑料基體中的擴散都是整個擴散過程的決速步。盡管只有塑料中溴代阻燃劑向水中的釋放速率被檢測,但是向其它類型的環(huán)境介質(沉積物、土壤)中的釋放速率應該也會非常相似。本研究中得出的實驗和模型結果也能夠幫助預測海洋微塑料(5 mm)中溴代阻燃劑的污染問題。最后,用多孔礦物材料吸附有機溶劑中的BDE-209來模擬多孔礦物對電子塑料垃圾熱處理產(chǎn)生的廢氣中BDE-209的富集,結合微波誘導降解技術去除BDE-209。選取一系列多孔礦物沸石,包括CBV-100,300,400,720,760,780,硅藻土,4A和MCM-41,考察多孔沸石孔徑、表面陽離子、Si/Al比對BDE-209的吸附和微波誘導降解的影響。結果表明多孔沸石的孔徑對吸附效果的影響最為明顯,Si/Al的影響次之,表面陽離子幾乎無影響,但整體看來影響都不是很大。而多孔沸石對BDE-209的微波降解則是從這三個方面進行影響。其中Y型沸石CBV-100具有合適的孔徑、表面陽離子類型和密度,表現(xiàn)出對BDE-209具有較好的吸附和降解情況。因為CBV-100的表面陽離子類型為Na+,它具有更高的介電常數(shù)從而能夠吸收更多的微波能量從而形成反應“熱點”,促進BDE-209的微波降解。對負載在CBV-100沸石的BDE-209進行微波降解后再進行微波萃取,在萃取液中幾乎沒有檢測到其它的低溴聯(lián)苯醚;以20%的鹽酸為萃取溶液對微波降解的沸石進行超聲萃取,結果顯示有大量的溴離子產(chǎn)生,可見負載到CBV-100沸石上的BDE-209的微波降解機理是通過C-Br鍵斷裂,且通過測得產(chǎn)生的Br-量和BDE-209的降解量,可以推測BDE-209的十個C-Br鍵是可以同時完全斷裂的,或者BDE-209的微波降解可以產(chǎn)生中間產(chǎn)物低溴聯(lián)苯醚但是又迅速降解導致無法檢測到。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院廣州地球化學研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X705

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉際澤;;工程塑料材料的研發(fā)和應用[J];塑料;2013年05期

2 白璞;劉艷娜;梅麗寶;孫彥琳;;硅源對納米A型沸石結構及形貌的影響[J];硅酸鹽通報;2013年09期

3 董洪梅;孫云娜;魏東洋;萬大娟;許振成;;Fe-C-H_2O_2降解十溴聯(lián)苯醚的試驗研究[J];水處理技術;2013年08期

4 袁劍剛;鄭晶;陳森林;李晶;李涵;肖迪;余曉華;羅勇;嚴驍;楊中藝;羅孝俊;麥碧嫻;;中國電子廢物處理處置典型地區(qū)污染調查及環(huán)境、生態(tài)和健康風險研究進展[J];生態(tài)毒理學報;2013年04期

5 郭紅燕;高穎楠;;我國電子廢棄物管理現(xiàn)狀及對策研究[J];WTO經(jīng)濟導刊;2012年11期

6 Ka Lai Chow;Yu Bon Man;Nora Fung Yee Tam;Ming Hung Wong;;Characterizing the optimal operation of photocatalytic degradation of BDE-209 by nano-sized TiO_2[J];Journal of Environmental Sciences;2012年09期

7 傅建捷;王亞椺;周麟佳;張愛茜;江桂斌;;我國典型電子垃圾拆解地持久性有毒化學污染物污染現(xiàn)狀[J];化學進展;2011年08期

8 唐建君;許云書;;微孔材料的研究進展[J];材料導報;2010年S2期

9 彭平安;盛國英;傅家謨;;電子垃圾的污染問題[J];化學進展;2009年Z1期

10 陳多宏;李麗萍;畢新慧;趙金平;盛國英;傅家謨;;典型電子垃圾拆解區(qū)大氣中多溴聯(lián)苯醚的污染[J];環(huán)境科學;2008年08期

相關博士學位論文 前1條

1 羅斯;還原—氧化兩步處理法降解水中典型溴代阻燃劑的研究[D];南京大學;2011年

，

本文編號：2377593