CN104531184A - 一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法 - Google Patents

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    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
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Abstract

本发明公开一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法，将富含重金属的超累积植物破碎后装入包括等离子体反应器和高压电源的等离子体热解装置中，通入载气，启动高压电源，施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的超累积植物，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，固体碳渣经后续处理回收金属和焦碳部分，或直接制备含金属纳米碳。本发明是一种超累积植物无害化资源化的潜力技术。

Description

一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法
技术领域
本发明涉及固体废物处理技术，特别是涉及一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法。
背景技术
植物修复技术完成金属污染土壤修复后，产生的含重金属的超累积植物的后续处置方法主要包括热解、焚烧、压缩填埋和堆肥等，其中热解和焚烧是比较常见的两种无害化热处理手段，但目前国内外该领域的的研究还相当缺乏，特别是热解和焚烧二次污染物的减排、捕集等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法。与传统热解和焚烧相比，等离子体热解超累积植物具有许多独特的优势，如热解温度低，升温速率快，能量密度大，可在等离子体的情况下将生物质裂解成固体碳渣和富氢合成气。
本发明为达到以上目的，是通过以下的技术方案来实现的：
提供提供一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法，将富含重金属的超累积植物破碎后装入等离子体热解装置的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入氮气或氩气载气，启动与尖端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作；施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的超累积植物，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的超累积植物被处理完全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集固体碳渣，固体碳渣经后续处理回收金属和焦碳部分，或直接制备含金属纳米碳。
所述的等离子体热解装置，包括等离子体反应器及给等离子体反应器供电的高压电源；等离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、不锈钢支架、尖端石墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩埚、非热电弧等离子体、超累积植物、进气通道、出气通道；尖端石墨电极和平底石墨电极通过高压电线与高压电源相连接，尖端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器内，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接；底部开口的陶瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨电极之间，用于装载超累积植物，在装置工作时，陶瓷坩埚内的超累积植物将完全暴露在非热电弧等离子体区域中。
尖端石墨电极和平底石墨电极间隔要合理选择，过大的电极间隔会导致电压不足以击穿电极间的载气，从而无法形成非热电弧等离子体。另外，由于施加在两极上的电压很高，因此反应器在工作时，要特别注意不要碰触电极，以免触电危险。此外，放入陶瓷坩埚内的超累积植物材料不应压实，要保持良好的气体通路，否则电极无法直接与载气接触，通电时无法形成非热电弧等离子体。还需要注意的是，反应器停止工作后不要立刻拆卸反应器、拿取陶瓷坩埚，因为反应器工作时放出大量的热，刚停止工作时，石墨电极、石英容器、陶瓷坩埚等部分温度很高，直接碰触易造成烫伤。
本发明可以根据实际要求完成含重金属的超累积植物等离子体热解过程，简单、低成本、高效的产生固体碳和合成气。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
图中：1等离子体反应器，2高压电源，3石英容器，4上聚四氟乙烯法兰，5下聚四氟乙烯法兰，6不锈钢支架，7尖端石墨电极，8平底石墨电极，9上铜密封圈，10下铜密封圈，11陶瓷坩埚，12非热电弧等离子体，13超累积植物，14进气通道，15出气通道。
具体实施方式
实施例
如附图所示，本发明的等离子体装置包括等离子体反应器1及给等离子体反应器供电的高压电源2；等离子体反应器包括石英容器3、上聚四氟乙烯法兰4、下聚四氟乙烯法兰5、不锈钢支架6、尖端石墨电极7、平底石墨电极8、上铜密封圈9、下铜密封圈10、陶瓷坩埚11、非热电弧等离子体12、超累积植物13、进气通道14、出气通道15；尖端石墨电极和平底石墨电极通过高压电线与高压电源(15kV/450W)相连接，尖端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器(采用石英玻璃管，长400mm，内径30mm)内，电极间隔固定保持在15mm，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接；底部开口孔径9mm的陶瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨电极之间。
选取选取富含锌镉的超累积植物伴矿景天为超累积植物代表物，将伴矿景天破碎成2-5mm颗粒后装入等离子体反应器的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入4L/min氩气载气，启动与尖端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作；施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的木材颗粒，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的伴矿景天被处理完全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集固体碳渣。实验结果表明：95％以上的锌及91％以上的镉固定于固体碳渣，使得富含重金属的超累积植物无害化资源化成为可能；采用氩气作为载气时，其气体产物中含有较大量的甲烷。

Claims (2)

1.一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法，其特征在于该方法的步骤如下：将富含重金属的超累积植物破碎后装入等离子体热解装置的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入氮气或氩气载气，启动与尖端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作；施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的超累积植物，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的超累积植物被处理完全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集固体碳渣，固体碳渣经后续处理回收金属和焦碳部分，或直接制备含金属纳米碳。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法，其特征在于所述的等离子体热解装置，包括等离子体反应器及给等离子体反应器供电的高压电源；等离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、不锈钢支架、尖端石墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩埚、非热电弧等离子体、超累积植物、进气通道、出气通道；尖端石墨电极和平底石墨电极通过高压电线与高压电源相连接，尖端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器内，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接；底部开口的陶瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨电极之间，用于装载超累积植物，在装置工作时，陶瓷坩埚内的超累积植物将完全暴露在非热电弧等离子体区域中。
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