飞行时间质谱仪在线检测二恶英指示物的试验研究

摘要

进入二十一世纪之后,能源短缺和环境污染的问题越发凸显,对废弃物进行合适的处置,实现废弃物的清洁资源化利用,是目前的热点问题。焚烧处置是有一种应用较为广泛的废弃物处置技术,但是随之带来的污染物排放是这种技术亟待解决的问题,尤其是其中的二恶英类物质,由于其毒性巨大,残留时间长,具有迁移性等特点,成为国内国际关注的焦点。
　　 要实现对二恶英在垃圾焚烧过程中的排放控制和燃烧工况的优化调节,需要一种快速的在线检测技术。本文针对通过使用飞行时间质谱仪的方式,开发改进了一套能够用于焚烧过程中指示物在线检测的仪器,在对指示物与二恶英的关联关系研究的基础上。对指示物实现了在线检测和定量分析,并尝试了仪器对试验工况下二恶英排放的实时在线检测。
　　 综述了二恶英的检测技术,对使用飞行时间质谱仪进行在线检测的技术进行了评价,从仪器的电离方式和进样方式对近年来的仪器进展做了简要的介绍。在此基础上,开发了一台目的为用于焚烧过程中二恶英关联指示物在线检测的飞行时间质谱仪,对仪器的进样系统和电离参数进行了改进,使其对特定范围的指示物能够获得理想的检测信号。
　　 选取21种多环芳烃和氯苯类有机物作为二恶英的关联指示物,对三座垃圾焚烧炉的二恶英和指示物排放量进行了关联,发现在烟气净化装置之前,氯苯类物质与二恶英的毒性当量存在良好的关联关系,多环芳烃类物质的排放量在检测物质中最大,但其与二恶英排放的关联关系较弱。
　　 使用飞行时间质谱仪对氯代苯、1,2-二氯苯及几种特定多环芳烃萘、芴、菲、蒽、芘进行了试验条件下的定浓度试验,对检测信号和实际浓度之间的线性关系进行了验证,并建立了检测信号与实际浓度间的关联关系方程,对检测物质实现了实时定量分析。
　　 采用实际垃圾焚烧炉收集的飞灰在设定的不同工况下发生从头合成反应,同时使用在线检测和离线采样的方式,对获得的检测信号和实际烟气中的二恶英排放数据进行了比较,发现对氯代苯和二氯苯的检测信号,能够在一定程度上反映二恶英的排放量和毒性当量的变化趋势,其中氯代苯和二氯苯的信号强度累加与二恶英的排放量变化趋势完全一致。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 引言

1.2 二恶英物化特性及其危害

1.3 二恶英类物质分析检测技术现状及其发展

1.3.1 连续采样检测系统

1.3.2 生物检测系统

1.3.3 在线关联检测系统

1.4 本文的研究内容及其意义

参考文献

2 在线检测仪器的原理与开发

2.1 仪器的检测原理及发展历程

2.1.1 质谱法检测基本原理

2.1.2 飞行时间质谱仪工作原理

2.2 飞行时间质谱仪的电离技术进展

2.2.1 质子转移反应电离

2.2.2 电喷雾解吸电离

2.2.3 大气压下放电电离直接分析

2.2.4 单光子紫外光电离

2.3 在线检测仪器的开发

2.4 在线检测仪器进样和电离装置的改进

2.4.1 仪器进样系统的改进

2.4.2 仪器电离参数的选择

2.5 本章小结与讨论

参考文献

3 废弃物焚烧炉烟气中指示物与二恶英的关联关系研究

3.1 研究背景

3.1.1 焚烧炉中二恶英关联指示物的研究现状

3.1.2 指示物与二恶英排放的关联模型建立

3.2 试验部分

3.2.1 试验工况

3.2.2 采样方式

3.2.3 样品分析

3.3 试验结果与讨论

3.3.1 有机污染物排放浓度

3.3.2 指示物与二恶英的关联性研究

3.4 本章小结

参考文献

4 在线检测多环芳烃和氯苯的实验研究

4.1 研究背景

4.2 检测方法的建立

4.2.1 检测物质浓度的确定及溶剂选择

4.2.2 物质检测峰的确定

4.2.3 试验工况的确定

4.2.4 检测结果的分析方法

4.2.5 试验及分析步骤

4.3 试验结果与讨论

4.3.1 仪器对指示物的检测信号分析

4.3.2 检测信号的线性关系及浓度标定

4.4 本章小结

参考文献

5 废弃物焚烧飞灰从头合成反应生成二恶英的在线检测

5.1 研究背景介绍

5.2 试验部分

5.2.1 试验材料

5.2.2 试验装置

5.2.3 试验过程与工况设定

5.3 试验结果和讨论

5.3.1 离线分析的二恶英生成量结果

5.3.2 在线检测结果分析

5.3.3 二恶英浓度与在线指示物检测数据的关联比较

5.4 本章小结与讨论

参考文献

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 本文的不足及未来工作展望

论文说明:符号清单

作者在攻读硕士学位期间发表(含已录用)的论文目录

致谢