生物質(zhì)熱解還原鉻渣的機(jī)理研究.pdf

1、鉻渣污染是我國目前所面臨的重大環(huán)境問題之一，國內(nèi)現(xiàn)存20余家鉻鹽廠，歷年積存量約300萬噸。所產(chǎn)生的鉻渣大部分露天堆放，經(jīng)雨水沖淋，造成土壤及地下水污染。鉻渣中含有大量六價(jià)鉻是對人體危害最大的八種化學(xué)物質(zhì)之一，也是國際公認(rèn)的三種致癌重金屬化合物之一。生物質(zhì)與鉻渣熱解工藝是一種新型鉻渣處理工藝，該工藝將鉻渣與生物質(zhì)混合，然后在高溫下熱解，該工藝能有效地將Cr(Ⅵ)還原。然而反應(yīng)的機(jī)理并不清楚，因此本論文對生物質(zhì)組分熱解還原機(jī)理進(jìn)行研究，為

2、高效節(jié)能工藝提供理論依據(jù)。
　　本課題首先考察了木質(zhì)素、纖維素等主要生物質(zhì)組分添加量、熱解時(shí)間、熱解溫度等方面因素對鉻渣中Cr(Ⅵ)還原的影響。并通過阿累尼烏斯擬合動力學(xué)方程及吉布斯自由函理論熱力學(xué)研究分析對比了纖維素、木質(zhì)素這兩種生物質(zhì)組分熱解還原鉻渣的機(jī)理，為熱解工藝提供理論指導(dǎo)。得到以下結(jié)論:
　　(1)隨著熱解溫度的增加，熱解后鉻渣中剩余Cr(Ⅵ)的含量越低，高溫有助于揮發(fā)性有機(jī)物的快速釋放。反應(yīng)時(shí)間越長還原越徹底，

3、反應(yīng)時(shí)間超過10min之后基本趨于穩(wěn)定。改變生物質(zhì)比例對熱解還原反應(yīng)影響較小。兩種生物質(zhì)組分在低溫時(shí)熱解效果差別較大，400℃以上差別很小。纖維素在300℃～400℃能快速熱解還原鉻渣，而木質(zhì)素的熱解緩慢并且還原效果差。生物質(zhì)組分熱解特性不同則揮發(fā)方式不同，是產(chǎn)生不同還原效果的主要原因。
　　(2)最終處理的樣品中Cr(Ⅵ)總有殘余，并且殘余的量在不同溫度下不同，認(rèn)為是鉻渣長時(shí)間堆放后其表面形成的氧化物等物質(zhì)將部分Cr(Ⅵ)包裹在

4、內(nèi)，在短時(shí)間熱解時(shí)，有機(jī)揮發(fā)分無法與其直接接觸，而達(dá)不到完全還原。
　　(3)根據(jù)動力學(xué)研究，纖維素、木質(zhì)素與鉻渣的反應(yīng)均符合一級反應(yīng)，纖維素?zé)峤膺€原鉻渣的反應(yīng)活化能約為17KJ/mol，木質(zhì)素的活化能約為26KJ/mol。選取熱解溫度為400℃（即673K）的條件下應(yīng)用阿累尼烏斯方程，纖維素較木質(zhì)素活化分子數(shù)要高得多，反應(yīng)快速。
　　(4)利用吉布斯自由焓變分析生物質(zhì)熱解揮發(fā)組分對鉻渣中Cr(Ⅵ)的還原反應(yīng)。結(jié)果表明，在3